35.6
Duplicazione del centrosoma
Il centro di organizzazione primario dei microtubuli (MTOC) nelle cellule animali è il centrosoma. Un centrosoma ha due centrioli cilindrici al centro…
Un centrosoma è il principale organizzatore di microtubuli di una cellula eucariotica e svolge un ruolo vitale nella formazione del fuso mitotico, una disposizione bipolare di microtubuli che separa i cromatidi fratelli. I due poli del fuso sono formati da due centrosomi posizionati in modo opposto.
Prima del ciclo cellulare, tuttavia, la maggior parte delle cellule animali contiene un solo centrosoma nel citoplasma. La chinasi G1/S-ciclina dipendente o complesso Cdk, costituito da ciclina E e Cdk2 nelle cellule animali, aiuta a innescare la duplicazione del centrosoma e l'ingresso nel ciclo cellulare.
Ogni centrosoma è costituito da due centrioli, che sono incapsulati da una matrice pericentriolare proteica.
La duplicazione del centrosoma inizia nella fase iniziale G1 quando la separasi effettua il disimpegno dei due centrioli. Una proteina appartenente alla famiglia delle protein chinasi polo-simili, Plk-4, è un importante regolatore per la biogenesi dei centrioli nell'uomo.
Verso l'inizio della fase S, un centriolo figlio inizia a crescere ad angolo retto rispetto alla base di ciascun centriolo.
Durante G2, i centrioli figli in genere terminano l'allungamento. I quattro centrioli rimangono vicini nel centrosoma fino a quando la cellula non entra in mitosi.
All'inizio della mitosi, il centrosoma si divide in due, che è anche noto come disgiunzione del centrosoma. I due centrosomi risultanti contengono ciascuno una coppia di centrioli e la matrice pericentriolare. Entrambi i centrosomi nucleano una serie di microtubuli, principalmente al centriolo madre, formando collettivamente il fuso mitotico.
Il ciclo di vita del centrosoma e del cromosoma sono simili sotto diversi aspetti. La loro duplicazione avviene una sola volta per ciclo ed entrambe si duplicano attraverso un processo semiconservativo in cui viene prodotta una nuova copia dalla copia madre preesistente.
Inoltre, come i cromosomi, una copia del centrosoma è equamente distribuita a ciascuna cellula figlia dopo la divisione.
Un'eccessiva duplicazione del centrosoma può compromettere l'assemblaggio del fuso mitotico e causare una segregazione impropria dei cromosomi, che può causare malattie come il cancro.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is centrosome duplication and when does it occur?
Centrosome duplication is the process by which a cell replicates its centrosome to produce two centrosomes before cell division. This duplication occurs during the cell cycle, typically beginning in G1 phase and completing by the end of S phase. Each daughter centrosome contains a pair of centrioles and serves as a microtubule-organizing center essential for proper cell division.
Q2: Why is centrosome duplication important for cell division?
Centrosome duplication is critical because the two resulting centrosomes organize and nucleate microtubules that form the spindle apparatus during mitosis and cytokinesis. Without proper duplication, cells cannot establish bipolar spindles needed for accurate chromosome segregation and successful cell division. This ensures each daughter cell receives the correct genetic material.
Q3: What are the main structural components of a centrosome?
A centrosome consists of two centrioles arranged perpendicular to each other, surrounded by pericentriolar material (PCM). The centrioles are cylindrical structures composed of microtubules, while the PCM contains proteins that nucleate and organize microtubules. Together, these components enable the centrosome to function as the cell's primary microtubule-organizing center.
Q4: How does the centrosome cycle relate to the cell cycle?
The centrosome cycle is tightly coordinated with the cell cycle, ensuring centrosome duplication occurs once per cell cycle. Duplication begins in G1 phase and completes by late S phase, so two centrosomes are available for spindle formation during mitosis. This synchronization prevents centrosome over-duplication and maintains genomic stability across cell divisions.
Q5: What role do centrosomes play in organizing microtubules?
Centrosomes nucleate and organize microtubules into radial arrays that extend throughout the cell. During interphase, centrosomes organize the cytoplasmic microtubule network that supports cell shape and transport. During cell division, the two centrosomes organize microtubules into the bipolar spindle that separates chromosomes and organizes the cell for cytokinesis.
Q6: What happens if centrosome duplication fails or is abnormal?
Abnormal centrosome duplication can lead to multipolar spindles, chromosome missegregation, and aneuploidy, potentially causing cell death or cancer development. Conversely, failure to duplicate centrosomes results in monopolar spindles and improper chromosome segregation. Both scenarios disrupt normal cell division and can compromise cellular viability and genomic stability.
Q7: How do cells regulate centrosome duplication to occur only once per cycle?
Cells regulate centrosome duplication through licensing and re-licensing mechanisms controlled by cell cycle checkpoints and kinases. Licensing factors allow duplication during G1 phase, but are inactivated during S and G2 phases to prevent re-duplication. This tight regulation ensures exactly two centrosomes exist before division, maintaining proper spindle formation and chromosome segregation.