7.6
Duplikacja centrosomu
Centrum organizacji mikrotubul (MTOC) w komórkach zwierzęcych jest centrosom. Centrosom ma w swoim rdzeniu dwie cylindryczne centriole. Każda centriol…
Centrosom jest głównym organizatorem mikrotubul komórki eukariotycznej i odgrywa istotną rolę w tworzeniu wrzeciona mitotycznego, dwubiegunowego układu mikrotubul, który oddziela siostrzane chromatydy. Dwa bieguny wrzeciona są utworzone przez dwa przeciwnie umieszczone centrosomy.
Jednak przed cyklem komórkowym większość komórek zwierzęcych zawiera tylko jeden centrosom w cytoplazmie. Kinaza zależna od G1 / S-cykliny lub kompleks Cdk - składający się z cykliny E i Cdk2 w komórkach zwierzęcych - pomaga wywołać duplikację centrosomów, a także wejście w cykl komórkowy.
Każdy centrosom składa się z dwóch centrioli, które są otoczone białkową matrycą pericentriolną.
Duplikacja centrosomów rozpoczyna się we wczesnej fazie G1, kiedy separaza przeprowadza odłączenie dwóch centrioli. Białko należące do rodziny kinaz białkowych polo, Plk-4, jest ważnym regulatorem biogenezy centriolów u ludzi.
Na początku fazy S centriole potomnej zaczyna rosnąć pod kątem prostym do podstawy każdej centrioli.
Podczas G2 centriole potomne zazwyczaj kończą wydłużanie się. Cztery centriole pozostają blisko siebie w centrosomie, dopóki komórka nie wejdzie w mitozę.
Na początku mitozy centrosom dzieli się na dwie części, co jest również znane jako dysjunkcja centrosomów. Każdy z dwóch powstałych centrosomów zawiera parę centroli i macierz pericentrioralną. Oba centrosomy zarodkują zestaw mikrotubul, głównie w centrioli macierzystej, wspólnie tworząc wrzeciono mitotyczne.
Cykl życiowy centrosomów i chromosomów jest podobny w kilku aspektach. Ich duplikacja występuje tylko raz na cykl i obie duplikują się w procesie semikonserwatywnym, w którym nowa kopia jest tworzona z wcześniej istniejącej kopii nadrzędnej.
Ponadto, podobnie jak chromosomy, jedna kopia centrosomu jest równomiernie rozprowadzana do każdej komórki potomnej po podziale.
Nadmierna duplikacja centrosomów może upośledzać składanie wrzecion mitotycznych i powodować nieprawidłową segregację chromosomów, co może powodować choroby takie jak rak.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: What is a centrosome and what role does it play in cell division?
A centrosome is the main microtubule organizing center in eukaryotic cells. It consists of two centrioles surrounded by a pericentriolar matrix and plays a vital role in forming the mitotic spindle, a bipolar arrangement of microtubules that separates sister chromatids during cell division. The two spindle poles are formed by two oppositely placed centrosomes.
Q2: When does centrosome duplication occur during the cell cycle?
Centrosome duplication begins in early G1 phase when separase disengages the two centrioles. Daughter centrioles start growing at a right angle to each parent centriole near S phase onset and elongate through G2. By the time the cell reaches mitosis, it has two centrosomes, each containing a pair of centrioles and pericentriolar matrix.
Q3: What proteins regulate centrosome duplication in the cell cycle?
The G1/S-cyclin dependent kinase complex, consisting of cyclin E and Cdk2 in animal cells, triggers centrosome duplication and cell cycle entry. Plk-4, a polo-like protein kinase, is an important regulator for centriole biogenesis in humans. These proteins ensure centrosome duplication occurs only once per cell cycle.
Q4: How does centrosome duplication resemble chromosome duplication?
Both centrosomes and chromosomes duplicate only once per cell cycle through a semiconservative process where a new copy is produced from a pre-existing parent copy. After cell division, one copy of each is equally distributed to each daughter cell. This parallel regulation ensures proper inheritance of both genetic material and microtubule organizing capacity.
Q5: What happens to centrosomes at the beginning of mitosis?
At mitosis onset, the centrosome splits in two through a process called centrosome disjunction. The two resulting centrosomes move apart, with microtubule motor proteins facilitating their separation. Both centrosomes then nucleate microtubules, primarily at the mother centriole, collectively forming the mitotic spindle and assembly dynein kinesin and microtubules.
Q6: What is the structure of a centriole within a centrosome?
Each centriole consists of nine sets of three microtubules held together by proteins. The two centrioles are positioned at right angles to each other and surrounded by a shapeless protein cloud called the pericentriolar matrix. This organized structure enables the centrosome to function as the primary microtubule organizing center.
Q7: How can excessive centrosome duplication lead to disease?
Excessive centrosome duplication impairs mitotic spindle assembly and causes chromosomes to segregate improperly, leading to chromosomal abnormalities. These errors are implicated in multiple diseases, notably cancer. Tumor suppressor proteins and oncogenes are linked to detrimental changes in tumor cell centrosomes, making them attractive treatment targets.