Введение
Центросома (лат. centrum 'центр' + греч. sōma 'тело') (устар. цитоцентр) – органелла, служащая основным центром организации микротрубочек (MTOC) животной клетки, а также регулятором прогрессирования клеточного цикла. Центросома обеспечивает структурную поддержку клетки. Считается, что центросома эволюционировала исключительно в линии метазоев среди эукариотических клеток. Грибы и растения не имеют центросом и поэтому используют другие структуры для организации своих микротрубочек. Несмотря на ключевую роль центросомы в эффективном митозе в клетках животных, она не является необходимой для некоторых видов мух и плоских червей. Центросома окружена массой белков, называемой перицентриолярным материалом (PCM). PCM содержит белки, ответственные за нуклеацию и закрепление микротрубочек, включая γ-тубулин, перицентрин и нинеин. Как правило, каждый центриоль центросомы состоит из девяти дуплетов микротрубочек, собранных в структуру, напоминающую колесо, и содержит центрин, ценексин и тектин. Во многих типах клеток центросома заменяется ресничкой во время клеточной дифференцировки. Однако, когда клетка начинает делиться, ресничка вновь заменяется центросомой.
In cell biology, the centrosome (Latin centrum 'center' + Greek sōma 'body') (archaically cytocentre) is an organelle that serves as the main microtubule organizing center (MTOC) of the animal cell, as well as a regulator of cell cycle progression. The centrosome provides structure for the cell. The centrosome is thought to have evolved only in the metazoan lineage of eukaryotic cells. Fungi and plants lack centrosomes and therefore use other structures to organize their microtubules. Although the centrosome has a key role in efficient mitosis in animal cells, it is not essential in certain fly and flatworm species. mass of protein termed the pericentriolar material (PCM). The PCM contains proteins responsible for microtubule nucleation and anchoring — including γ tubulin, pericentrin and ninein. In general, each centriole of the centrosome is based on a nine triplet microtubule assembled in a cartwheel structure, and contains centrin, cenexin and tektin. In many cell types, the centrosome is replaced by a cilium during cellular differentiation. However, once the cell starts to divide, the cilium is replaced again by the centrosome.
Функции
Центросомы ассоциированы с ядерной мембраной в профазе клеточного цикла. Во время митоза ядерная мембрана разрушается, и микротрубочки, исходящие из центросом, могут взаимодействовать с хромосомами для формирования митотического веретена. Материнская центриоль, старшая из двух в паре центриолей, также играет ключевую роль в образовании ресничек и жгутиков. Однако эти процессы принципиально отличаются тем, что удвоение центросом не происходит по матричному принципу. Материнская центриоль лишь способствует накоплению материалов, необходимых для сборки дочерней центриоли. Тем не менее, центриоли не требуются для завершения митоза. При лазерном облучении центриолей митоз протекает нормально, с морфологически нормальным веретеном. Более того, развитие плодовой мушки Drosophila в значительной степени нормально, даже если центриоли отсутствуют из-за мутации в гене, необходимом для их репликации. В отсутствие центриолей микротрубочки веретена фокусируются моторными белками, что позволяет сформировать биполярное веретено. Многие клетки способны полностью пройти интерфазу без центриолей.
Центросомные изменения в раковых клетках
Теодор Бовери в 1914 году описал аномалии центросом в раковых клетках. Это первоначальное наблюдение впоследствии было распространено на многие типы человеческих опухолей. Аномалии центросом при раке можно разделить на две подгруппы – структурные или числовые аберрации, – однако оба типа могут встречаться одновременно в одной опухоли.
Структурные аберрации
Как правило, структурные аберрации возникают из-за неконтролируемой экспрессии компонентов центросом или из-за посттрансляционных модификаций (таких как фосфорилирование), которые не соответствуют потребностям этих компонентов. Эти модификации могут приводить к изменениям в размере центросом (обычно к увеличению, из-за избытка перицентриолярного материала). Кроме того, поскольку центросомальные белки склонны к образованию агрегатов, центросомо-связанные тельца (ЦСТ) часто обнаруживаются в эктопических местах. Как увеличенные центросомы, так и ЦСТ схожи с центросомными структурами, наблюдаемыми в опухолях. Более того, эти структуры могут быть индуцированы в культивируемых клетках при сверхэкспрессии специфических центросомальных белков, таких как CNap 1 или Nlp. Эти структуры могут выглядеть очень похоже, однако детальные исследования показывают, что они могут обладать существенно различными свойствами в зависимости от их белкового состава. Например, их способность включать γTuRC-комплексы (см. также: γ-тубулин) может сильно варьировать, а следовательно, и их способность к нуклеации микротрубочек. Тем не менее, метод подсчета числа центросом (с двумя центриолями на каждую центросому) часто недостаточно точен, поскольку он нередко выполняется с использованием флуоресцентной микроскопии, которая не обладает достаточным оптическим разрешением для различения центриолей, расположенных очень близко друг к другу. Тем не менее, очевидно, что наличие избыточного числа центросом – распространенное явление в опухолях человека. Наблюдения показали, что потеря опухолевого супрессора p53 приводит к образованию избыточных центросом, а также к нарушению регуляции других белков, вовлеченных в канцерогенез у человека, таких как BRCA1 и BRCA2. (Для ссылок см.
Эволюция
Эволюционная история центрисомы и центриоли прослежена для некоторых ключевых генов, например, центринов. Существует два основных подсемейства центринов, оба из которых присутствуют у ранне ветвящегося эукариота Giardia intestinalis. Следовательно, центрины присутствовали у общего предка эукариотов. В то же время, у архей и бактерий не обнаружено узнаваемых гомологов центринов, что делает их частью "генов-маркеров эукариот". Хотя исследования эволюции центринов и центриолей проводятся, работы, посвященные эволюции перицентриолярного материала, не опубликованы. Очевидно, что некоторые компоненты центросомы значительно различаются у модельных организмов Drosophila melanogaster и Caenorhabditis elegans. Например, оба вида утратили одно из подсемейств центринов, обычно связанное с дупликацией центриолей. Мутанты Drosophila melanogaster, лишенные центросом, могут даже развиваться во внешне нормальных взрослых мух, которые затем погибают вскоре после вылупления из-за отсутствия ресничек в сенсорных нейронах. Однако последующие исследования показали, что центросомы не содержат собственных геномов, основанных на ДНК. Хотя было подтверждено, что молекулы РНК ассоциируются с центросомами, сами последовательности были обнаружены в ядре. Более того, центросомы могут формироваться de novo после удаления (например, с помощью лазерного облучения) из нормальных клеток.