35.6: 中心体の重複

動物細胞における主要な微小管形成中心(MTOC)は中心体です。 中心体の中心には2つの円筒形の中心小体があります。各中心小体は、タンパク質によって結合された3つの微小管の9セットで構成されています。中心小体は互いに直角に配置されており、中心小体周囲マトリックスまたは中心小体周囲物質(PCM)と呼ばれる形状のないタンパク質の雲に囲まれています。

細胞分裂後に各娘細胞が中心体を確実に受け取るようにするために、細胞周期の初期に中心体の複製が始まります。中心体の重複は、細胞周期ごとに複数回発生しないように、サイクリン依存性キナーゼ2(Cdk2)—などの細胞周期制御によって厳密に制御されています。したがって、細胞が有糸分裂に達するまでに、細胞は2つの中心体を持ちます。

中心体の重複は細胞周期の段階と一致します。 細胞周期のG_1期中に、中心体の2つの中心小体が分離します。これは中心体の方向失調と呼ばれるプロセスです。

G₁期とS期では、中心体が複製されます。プロ中心小体と呼ばれる新しい中心小体が、既存の2つの中心小体のそれぞれの基部で形成および伸長し始めます。前中心小体は、古い中心小体と同じくらい大きくなるまで、SおよびG₂を通って伸長します。4つの中心小体は、細胞が有糸分裂に入るまで、拡大したPCM内で互いに近接したままになります。

G₂期では、γ-チューブリンおよびその他のPCMタンパク質が中心体に蓄積します。これは中心体の成熟と呼ばれるプロセスです。

G₂期とM期の間の移行中に、中心体が分離し始めます。2つの母中心小体が切り離され、微小管モータータンパク質が2つの中心体を引き離します。

中心体の調節にエラーがあると、染色体と中心体の数に異常が生じる可能性があります。 中心体の異常および中心体周期の進行の欠陥は、複数の疾患、特にがんに関係しています。 腫瘍抑制タンパク質とがん遺伝子は腫瘍細胞中心体の有害な変化と関連しているため、これらのタンパク質は魅力的な治療標的となっています。

中心体は、真核細胞の主要な微小管オーガナイザーであり、姉妹染色分体を分離する微小管の双極性配置である有糸分裂紡錘体の形成に重要な役割を果たします。2つのスピンドルポールは、対向して配置された2つの中心体によって形成されます。

しかし、細胞周期に先立って、ほとんどの動物細胞は細胞質に1つの中心体しか含んでいません。G1/S-サイクリン依存性キナーゼ(Cdk複合体)は、動物細胞のサイクリンEとCdk2から構成され、中心体重複と細胞周期の侵入を誘発するのを助けます。

各中心体は2つの中心小体で構成され、それらはタンパク質性の中心小体周囲マトリックスによってカプセル化されています。

中心体の重複は、分離が2つの中心小体の離脱を実行するG1初期に始まります。ポロ様プロテインキナーゼファミリーに属するタンパク質であるPlk-4は、ヒトの中心小体生合成の重要な調節因子です。

S期の開始近くで、娘中心小体は各中心小体の基部に対して直角に成長し始めます。

G2では、娘中心小体は通常、伸長を終了します。4つの中心小体は、細胞が有糸分裂に入るまで中心体内で互いに接近したままです。

有糸分裂の開始時に、中心体は2つに分裂しますが、これは中心体分離としても知られています。得られた2つの中心体には、それぞれ中心小体と中心小体周囲マトリックスのペアが含まれています。両方の中心体は、主に母中心小体で一連の微小管を核形成し、集合的に有糸分裂紡錘体を形成します。

中心体と染色体のライフサイクルは、いくつかの点で似ています。それらの複製はサイクルごとに 1 回だけ発生し、既存の親コピーから新しいコピーが作成される半保守的なプロセスを通じて複製されます。

また、染色体と同様に、中心体の1つのコピーは、分裂後に各娘細胞に均等に分布します。

中心体の重複が多すぎると、有糸分裂紡錘体の組み立てが損なわれ、染色体が不適切に分離し、がんなどの病気を引き起こす可能性があります。