CENTRIOLES: FUNCTIES EN KENMERKEN - WETENSCHAP - 2025

De centriolen zijn cilindrische structuren die zijn samengesteld uit celclusters van microtubuli. Ze bestaan ​​uit het eiwit tubuline, dat in de meeste eukaryote cellen wordt aangetroffen.

Een bijbehorend paar centriolen, omgeven door een vormloze massa dicht materiaal genaamd pericentriolair materiaal (PCM), vormen een structuur die het centrosoom wordt genoemd.

Centriolen zijn cilindrische structuren die zijn opgebouwd uit clusters van microtubuli. De meeste centriolen bestaan ​​uit negen sets microtubuli-trio's, gerangschikt in een cilinder.

De functie van de centriolen is om de assemblage van microtubuli te sturen, deel te nemen aan celorganisatie (positie van de kern en ruimtelijke ordening van de cel), vorming en functie van flagella en cilia (ciliogenese) en celdeling (mitose en meiose).

Centriolen worden aangetroffen in cellulaire structuren die bekend staan ​​als centrosomen in dierlijke cellen en zijn afwezig in plantencellen.

Defecten in de structuur of het aantal centriolen in elke cel kunnen aanzienlijke gevolgen hebben voor de fysiologie van een organisme, en onder meer veranderingen in de reactie op stress tijdens ontstekingen, mannelijke onvruchtbaarheid, neurodegeneratieve ziekten en tumorvorming veroorzaken.

Een centriole is een cilindrische structuur. Een paar bijbehorende centriolen, omgeven door een vormloze massa dicht materiaal ("pericentriolair materiaal" of PCM genoemd), vormen een samengestelde structuur die een "centrosoom" wordt genoemd.

Ze werden als onbelangrijk beschouwd tot een paar jaar geleden, toen werd geconcludeerd dat ze de belangrijkste organellen waren bij de geleiding van celdeling en duplicatie (mitose) in eukaryote cellen (voornamelijk bij mensen en andere dieren).

De cel

De laatste gemeenschappelijke voorouder van al het leven op aarde was een enkele cel, en de laatste gemeenschappelijke voorouder van alle eukaryoten was een ciliated cel met centriolen.

Elk organisme bestaat uit een groep van op elkaar inwerkende cellen. Organismen bevatten organen, organen bestaan ​​uit weefsels, weefsels bestaan ​​uit cellen en cellen bestaan ​​uit moleculen.

Alle cellen gebruiken dezelfde moleculaire 'bouwstenen', vergelijkbare methoden voor de opslag, het onderhoud en de expressie van genetische informatie, en vergelijkbare processen van energiemetabolisme, moleculair transport, signalering, ontwikkeling en structuur.

Microtubuli

In de vroege dagen van de elektronenmicroscopie observeerden celbiologen lange tubuli in het cytoplasma die ze microtubuli noemden.

Morfologisch vergelijkbare microtubuli werden waargenomen die de vezels van de mitotische spoel vormden, als componenten van de axonen van neuronen en als structurele elementen in de cilia en flagella.

Zorgvuldig onderzoek van individuele microtubuli gaf aan dat ze allemaal waren samengesteld uit 13 longitudinale eenheden (nu protofilamenten genoemd) die bestaan ​​uit een belangrijk eiwit (bestaande uit een nauw verwante α-tubuline- en β-tubuline-subeenheid) en verschillende eiwitten die zijn geassocieerd met microtubuli (MAP's).

Naast hun functies in andere cellen, zijn microtubuli essentieel voor de groei, morfologie, migratie en polariteit van het neuron, evenals voor de ontwikkeling, het onderhoud en de overleving en voor een efficiënt zenuwstelsel. .

Het belang van een delicate interactie tussen componenten van het cytoskelet (microtubuli, actine-filamenten, intermediaire filamenten en septines) wordt weerspiegeld in verschillende menselijke neurodegeneratieve aandoeningen die verband houden met abnormale microtubuli-dynamiek, waaronder de ziekte van Parkinson en de ziekte van Alzheimer.

Cilia en flagella

Cilia en flagella zijn organellen die op het oppervlak van de meeste eukaryote cellen worden aangetroffen. Ze bestaan ​​voornamelijk uit microtubuli en membraan.

De beweeglijkheid van het sperma is te wijten aan mobiele cytoskeletelementen die in de staart aanwezig zijn, axonemen genaamd. De structuur van axonemen bestaat uit 9 groepen van elk 2 microtubuli, moleculaire motoren (dyneïnen) en hun regulerende structuren.

Centriolen spelen een centrale rol bij ciliogenese en celcyclusprogressie. Centriole rijping veroorzaakt een verandering in functie, leidend van celdeling tot ciliumvorming.

Defecten in de structuur of functie van het axoneme of cilia veroorzaken bij mensen meerdere aandoeningen die ciliopathieën worden genoemd. Deze ziekten tasten verschillende weefsels aan, waaronder de ogen, nieren, hersenen, longen en de beweeglijkheid van het sperma (wat vaak leidt tot mannelijke onvruchtbaarheid).

De centriole

Negen tripletten van microtubuli gerangschikt rond een omtrek (die een korte holle cilinder vormen) zijn de 'bouwstenen' en de hoofdstructuur van een centriole.

Jarenlang werd de structuur en functie van de centriolen genegeerd, ondanks het feit dat het centrosoom in de jaren 1880 met lichtmicroscopie zichtbaar was gemaakt.

Theodor Boveri publiceerde in 1888 een baanbrekend werk, waarin hij de oorsprong van het centrosoom uit sperma na bevruchting beschrijft. In zijn korte mededeling uit 1887 schreef Boveri het volgende:

“Het centrosoom vertegenwoordigt het dynamische centrum van de cel; De deling creëert de centra van de gevormde dochtercellen, waarrond alle andere cellulaire componenten symmetrisch zijn georganiseerd … Het centrosoom is het echte delende orgaan van de cel, het bemiddelt nucleaire en celdeling ”(Scheer, 2014: 1) . .

Kort na het midden van de 20e eeuw, met de ontwikkeling van elektronenmicroscopie, werd het gedrag van centriolen bestudeerd en verklaard door Paul Schafer.

Helaas werd dit werk grotendeels genegeerd omdat onderzoekers zich begonnen te concentreren op de bevindingen van Watson en Krick over DNA.

Het centrosoom

Een paar centriolen, gelegen naast de kern en loodrecht op elkaar, is 'een centrosoom'. Een van de centriolen staat bekend als de "vader" (of moeder). De andere staat bekend als de "zoon" (of dochter; hij is iets korter en de basis is bevestigd aan de basis van de moeder).

De proximale uiteinden (bij de verbinding van de twee centriolen) worden ondergedompeld in een eiwitwolk (misschien tot 300 of meer) bekend als het microtubule organiserend centrum (MTOC), omdat het het eiwit levert dat nodig is voor de constructie microtubuli.

MTOC staat ook bekend als "pericentriolair materiaal" en is negatief geladen. Omgekeerd zijn de distale uiteinden (weg van de verbinding van de twee centriolen) positief geladen.

Het paar centriolen, samen met het omringende MTOC, staan ​​bekend als het "centrosoom".

Centrosome duplicatie

Wanneer de centriolen beginnen te dupliceren, scheiden de vader en zoon een beetje en dan begint elke centriole een nieuwe centriole te vormen aan de basis: de vader met een nieuwe zoon en de zoon met een nieuwe zoon van hemzelf (een "kleinzoon"). .

Terwijl centriol-duplicatie optreedt, dupliceert en scheidt het nucleus-DNA ook. Dat wil zeggen, huidig ​​onderzoek toont aan dat centriole duplicatie en DNA-scheiding op de een of andere manier met elkaar verbonden zijn.

Celduplicatie en celdeling (mitose)

Het mitotische proces wordt vaak beschreven in termen van een initiatorfase, bekend als "interface", gevolgd door vier ontwikkelingsfasen.

Tijdens de interfase dupliceren de centriolen zich en splitsen ze zich in twee paren (een van deze paren begint naar de andere kant van de kern te bewegen) en het DNA deelt zich.

Na de duplicatie van de centriolen strekken de microtubuli van de centriolen zich uit en richten ze zichzelf uit langs de hoofdas van de kern, waardoor ze de "mitotische spoel" vormen.

In de eerste van de vier ontwikkelingsfasen (fase I of "profase") condenseren de chromosomen en komen dichter bij elkaar, en het kernmembraan begint te verzwakken en op te lossen. Tegelijkertijd wordt de mitotische spil gevormd met de paren centriolen die zich nu aan de uiteinden van de spil bevinden.

In de tweede fase (fase II of "metafase"), zijn de reeksen van de chromosomen uitgelijnd met de as van de mitotische spil.

In de derde fase (fase III of "anafase") delen de chromosomale ketens zich en verplaatsen ze zich naar tegenoverliggende uiteinden van de nu langwerpige mitotische spoel.

Ten slotte, in de vierde fase (fase IV of "telofase"), vormen zich nieuwe kernmembranen rond de gescheiden chromosomen, valt de mitotische spoel uit elkaar en begint de celscheiding te worden voltooid met de helft van het cytoplasma dat bij elke nieuwe kern hoort.

Aan elk uiteinde van de mitotische spil oefenen de paren centriolen een belangrijke invloed uit (blijkbaar gerelateerd aan de krachten die worden uitgeoefend door de elektromagnetische velden die worden opgewekt door de negatieve en positieve ladingen aan de proximale en distale uiteinden) tijdens het hele proces van celdeling.

Het centrosoom en de immuunrespons

Blootstelling aan stress heeft invloed op de functie, kwaliteit en levensduur van een organisme. De stress die wordt gegenereerd, bijvoorbeeld door een infectie, kan leiden tot ontsteking van de geïnfecteerde weefsels, waardoor de immuunrespons in het lichaam wordt geactiveerd. Deze reactie beschermt het aangetaste organisme en elimineert de ziekteverwekker.

Veel aspecten van de functionaliteit van het immuunsysteem zijn bekend. De moleculaire, structurele en fysiologische gebeurtenissen waarbij het centrosoom betrokken is, blijven echter een raadsel.

Recente studies hebben onverwachte dynamische veranderingen in de structuur, locatie en functie van het centrosoom onder verschillende stressgerelateerde omstandigheden ontdekt. Na het nabootsen van de condities van een infectie is er bijvoorbeeld een toename van de productie van PCM en microtubuli gevonden in interfasecellen.

Centrosomen bij de immuunsynaps

Het centrosoom speelt een zeer belangrijke rol in de structuur en functie van de immunologische synaps (SI). Deze structuur wordt gevormd door gespecialiseerde interacties tussen een T-cel en een antigeenpresenterende cel (APC). Deze cel-cel-interactie initieert de migratie van het centrosoom naar de SI en de daaropvolgende koppeling met het plasmamembraan.

Centrosome docking in de SI is vergelijkbaar met die waargenomen tijdens ciliogenese. In dit geval start het echter niet de assemblage van de trilharen, maar neemt het eerder deel aan de organisatie van de SI en de afscheiding van cytotoxische blaasjes om de doelcellen te lyseren, en wordt het een sleutelorgaan bij de activering van T-cellen.

Het centrosoom en hittestress

Het centrosoom is het doelwit van ‘moleculaire chaperonnes’ (reeks proteïnen met als functie het vouwen, assembleren en cellulair transport van andere proteïnen) die bescherming bieden tegen blootstelling aan hitteschok en stress.

Stressfactoren die het centrosoom beïnvloeden, zijn onder meer DNA-schade en hitte (zoals die van de cellen van koortsige patiënten). DNA-schade initieert DNA-herstelroutes, die de centrosoomfunctie en eiwitsamenstelling kunnen beïnvloeden.

De spanning die door warmte wordt gegenereerd, veroorzaakt een wijziging van de centriolstructuur, de verstoring van het centrosoom en de volledige inactivering van zijn vermogen om microtubuli te vormen, waardoor de vorming van de mitotische spoel verandert en mitose wordt voorkomen.

Verstoring van de functie van de centrosomen tijdens koorts zou een adaptieve reactie kunnen zijn om de spilpolen te inactiveren en abnormale DNA-deling tijdens mitose te voorkomen, vooral gezien de mogelijke disfunctie van meerdere eiwitten na door hitte geïnduceerde denaturatie.

Ook zou het de cel extra tijd kunnen geven om zijn pool van functionele eiwitten te herstellen voordat de celdeling opnieuw wordt gestart.

Een ander gevolg van de inactivering van het centrosoom tijdens koorts is het onvermogen om naar de IS over te gaan om het te organiseren en deel te nemen aan de afscheiding van cytotoxische blaasjes.

Abnormale ontwikkeling van de centriolen

De ontwikkeling van het centriol is een vrij complex proces en hoewel er een reeks regulerende eiwitten aan deelnemen, kunnen er verschillende soorten storingen optreden.

Als er een onbalans is in de proportie van eiwitten, kan het dochtercentriool defect zijn, kan de geometrie vervormd zijn, kunnen de assen van een paar afwijken van de loodrechtheid, kunnen zich meerdere dochtercentriolen ontwikkelen, het dochtercentriool kan de volledige lengte bereiken voordat tijd, of de ontkoppeling van de paren kan worden vertraagd.

Wanneer er een verkeerde of verkeerde duplicatie van centriolen is (met geometrische defecten en / of meervoudige duplicatie), wordt de DNA-replicatie gewijzigd, treedt chromosomale instabiliteit (CIN) op.

Evenzo leiden centrosoomdefecten (bijv. Een vergroot of vergroot centrosoom) tot CIN en bevorderen ze de ontwikkeling van meerdere dochtercentriolen.

Deze ontwikkelingsfouten veroorzaken schade aan cellen die zelfs tot een kwaadaardige ziekte kunnen leiden.

Abnormale centriolen en kwaadaardige cellen

Dankzij de tussenkomst van regulerende eiwitten kunnen de cellen, wanneer er afwijkingen worden gedetecteerd in de ontwikkeling van de centriolen en / of het centrosoom, zelfcorrectie van de afwijkingen doorvoeren.

Als zelfcorrectie van de afwijking echter niet wordt bereikt, kunnen abnormale centriolen of centriolen met meerdere dochters ("overtollige centriolen") leiden tot het ontstaan ​​van tumoren ("tumorigenese") of celdood.

De overtallige centriolen neigen samen te smelten, wat leidt tot de groepering van het centrosoom ("centrosoomamplificatie" kenmerkend voor kankercellen), waardoor de celpolariteit verandert en de normale ontwikkeling van mitose, resulterend in het verschijnen van tumoren.

Cellen met overtollige centriolen worden gekenmerkt door een overmaat aan pericentriolair materiaal, onderbreking van de cilindrische structuur of overmatige lengte van de centriolen en centriolen die niet loodrecht of slecht gepositioneerd zijn.

Er is gesuggereerd dat clusters van centriolen of centrosomen in kankercellen zouden kunnen dienen als een "biomarker" bij het gebruik van therapeutische en beeldvormende middelen, zoals super-paramagnetische nanodeeltjes.

Referenties

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Microtubuli: 50 jaar na de ontdekking van tubuline. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, RA, Chen, JV, Zheng, Y., & Megraw, TL Centrosome in celdeling, ontwikkeling en ziekte. eLS.
3. Gambarotto, D., en Basto, R. (2016). Gevolgen van numerieke centrale defecten in ontwikkeling en ziekte. In The Microtubule Cytoskeleton (pp. 117-149). Springer Wenen.
4. Huston, RL (2016). Een overzicht van Centriole-activiteit en onrechtmatige activiteit tijdens celdeling. Vooruitgang in biowetenschappen en biotechnologie, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Spermastoornissen en ciliopathie. Reproductieve geneeskunde en biologie, 15 (2), 77-94.
6. Keeling, J., Tsiokas, L., en Maskey, D. (2016). Cellulaire mechanismen van ciliaire lengtecontrole. Cellen, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, KC (2016). Moleculaire celbiologie. New York: WH Freeman and Company.
8. Matamoros, AJ en Baas, PW (2016). Microtubuli bij gezondheid en degeneratieve ziekte van het zenuwstelsel. Brain Research Bulletin, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Terug naar de tubulus: de dynamiek van microtubuli bij de ziekte van Parkinson. Cellulaire en moleculaire levenswetenschappen, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Historische wortels van centrosoomonderzoek: ontdekking van Boveri's microscoopglaasjes in Würzburg. Phil. Trans. R. Soc. B, 369 (1650), 20130469.
11. Severson, AF, von Dassow, G., & Bowerman, B. (2016). Hoofdstuk Vijf-oöcyt meiotische spilmontage en functie. Actuele onderwerpen in ontwikkelingsbiologie, 116, 65-98.
12. Soley, JT (2016). Een vergelijkend overzicht van het centriolaire complex van sperma bij zoogdieren en vogels: variaties op een thema. Dierlijke reproductiewetenschap, 169, 14-23.
13. Vertii, A., en Doxsey, S. (2016). The Centrosome: A Phoenix Organelle of the Immune Response. Eencellige biologie, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). De Centrosome, een multitalent Renaissance organel. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 8 (12), a025049.
15. T Lymfocytenactivering Origineel werk van de Amerikaanse federale overheid - openbaar domein. Vertaald door BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - Afgeleide van bestand: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg van Petr94. Basisschema van een eukaryote dierencel.
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (versie van de redactie) .svg. In het Spaans vertaald door Alejandro Porto.
18. Kelvinsong - Eigen werk. Diagram van een centrosoom, zonder het gele kader.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0.
20. NIAID / NIH - NIAID Flickr's fotostream. Deze coupe van een menselijke T-lymfocyt (ook wel een T-cel genoemd) van het immuunsysteem van een gezonde donor.
21. Silvia Márquez en Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Vereenvoudigd spermatozoondiagram.svg: Mariana Ruiz afgeleid werk: Miguelferig.