Centriolos functies en kenmerken

de centrioles zijn cilindrische cellulaire structuren samengesteld uit microtubulusclusters. Ze worden gevormd door het eiwit tubuline, dat wordt aangetroffen in de meeste eukaryote cellen.

Een bijbehorend paar centriolen, omringd door een vormeloze massa van dicht materiaal genaamd pericentriolair materiaal (PCM), stelt een structuur samen die centrosoom wordt genoemd.

Centrioles functie direct de assemblage van microtubuli, deelnemen in cellulaire organisatie (kernpositie en ruimtelijke rangschikking van de cel) vorming en functie van flagellen en cilia (ciliogenese) en celdeling (mitose en meiose).

Centriolen worden gevonden in celstructuren die bekend staan ​​als centrosomen van dierlijke cellen en zijn afwezig in plantencellen.

Defecten in de structuur of het aantal centrioles in elke cel kan een aanzienlijke invloed op de fysiologie van een organisme, tot veranderingen in de stressrespons tijdens inflammatie, mannelijke onvruchtbaarheid, neurodegeneratieve ziekten en tumorvorming, inclusief.

Een centriol is een cilindrische structuur. Een paar bijbehorende centriolen, omringd door een vormeloze massa van dicht materiaal ("pericentriolair materiaal" of PCM genoemd), vormt een samengestelde structuur genaamd "centrosome". 

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

De cel

De laatste gemeenschappelijke voorouder van alle leven op aarde was een enkele cel en de laatste gemeenschappelijke voorouder van alle eukaryoten was een haarcel met centriolen.

Elk organisme wordt gevormd door een groep cellen die op elkaar inwerken. Organismen bevatten organen, organen zijn opgebouwd uit weefsels, weefsels zijn opgebouwd uit cellen en cellen zijn opgebouwd uit moleculen.

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

De microtubules

In de begintijd van elektronenmicroscopie observeerden celbiologen lange tubuli in het cytoplasma die zij microtubules noemden.

Morfologisch vergelijkbare microtubules werden waargenomen die de vezels van de mitotische spil vormden, als componenten van de axons van de neuronen, en als structurele elementen in de cilia en flagella.

Zorgvuldig onderzoek van de individuele microtubules aangegeven dat ze allemaal bestonden uit 13 longitudinale eenheden (nu protofilamenten) bestaande uit een groot eiwit (of een subeenheid van α-tubuline en β-tubuline nauw verwante) en verscheidene geassocieerde eiwitten microtubuli (MAPs).

Naast hun functies bij andere cellen, microtubules essentieel bij de groei en morfologie, migratie en polariteit van het neuron, zoals ontwikkeling, onderhoud en voortbestaan ​​van een efficiënte zenuwstelsel.

Het belang van een delicate wisselwerking tussen cytoskeletcomponenten (microtubules, actine, intermediaire filamenten en Septin) blijkt uit verschillende menselijke neurodegeneratieve aandoeningen gerelateerd aan abnormale microtubuli, waaronder de ziekte van Parkinson en Alzheimer.

Cilio's en flagellen

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

De beweeglijkheid van het sperma is te wijten aan mobiele cytoskeletelementen in de staart, axonemen genoemd. De structuur van de axonemen bestaat uit 9 groepen van elk 2 microtubules, moleculaire motoren (dyneïnes) en hun regulatorische structuren.

Centriolen spelen een centrale rol bij de ciliogenese en progressie van de celcyclus. De rijping van de centriolen produceert een functieverandering, die leidt van de verdeling van de cel tot de vorming van de cilium.

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

Het centriol

Negen triplets van microtubuli gerangschikt rond een omtrek (vormen een korte holle cilinder), zijn de "bouwstenen" en de hoofdstructuur van een centriol. 

Gedurende vele jaren werd de structuur en functie van centriolen genegeerd, hoewel in de jaren 1880 het centrosoom was gevisualiseerd door middel van lichtmicroscopie.

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

"Het centrosoom vertegenwoordigt het dynamische centrum van de cel; De deling ervan creëert de centra van de gevormde dochtercellen, waarrond alle andere cellulaire componenten symmetrisch zijn georganiseerd ... Het centrosoom is het ware scheidingsorgaan van de cel, het bemiddelt de nucleaire en cellulaire divisie "(Scheer, 2014: 1) . [Author's translation].

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

Helaas werd dit werk genegeerd, grotendeels vanwege het belang van de onderzoekers om zich te concentreren op de bevindingen van Watson en Krick over DNA.. 

Het centrosome

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

De proximale uiteinden (de verbinding van de beide centrioles) worden ondergedompeld in een "wolk" van eiwitten (misschien tot 300 of meer) bekend als de centrale organisatie van microtubuli (MTOC), omdat het het eiwit noodzakelijk is voor de bouw van de microtubules.

De MTOC is ook bekend als "pericentriolair materiaal" en heeft een negatieve lading. Omgekeerd zijn de distale uiteinden (weg van de verbinding van de twee centriolen) positief geladen.

Het paar centriolen, samen met de omliggende MTOC, staan ​​bekend als de "centrosome". 

Duplicatie van het centrosoom

Wanneer de centriolen beginnen te dupliceren, scheiden de vader en zoon zich een beetje en vervolgens begint elke centriol een nieuw centriol aan de basis te vormen: de vader met een nieuwe zoon en de zoon met een nieuwe eigen zoon (een "kleinkind").

Terwijl duplicatie van het centriol optreedt, wordt het DNA van de kern ook gedupliceerd en gescheiden. Dat wil zeggen, het huidige onderzoek toont aan dat de duplicatie van het centriol en de scheiding van DNA op de een of andere manier gekoppeld zijn. 

Duplicatie en celdeling (mitose)

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

Tijdens interfase worden de centriolen gedupliceerd en gescheiden in twee paren (een van deze paren begint te bewegen naar de tegenoverliggende zijde van de kern) en het DNA wordt gesplitst.

Na de duplicatie van de centriolen, strekken de microtubules van de centriolen zich uit en richten ze zich uit langs de hoofdas van de kern, waardoor de "mitotische spil" wordt gevormd.

In de eerste van de vier fasen van ontwikkeling (fase I of "profase") condenseren de chromosomen en komen dichterbij, 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") worden de ketens van de chromosomen uitgelijnd met de as van de mitotische spil.

In de derde fase (fase III of "anafase") delen de chromosomale ketens zich op en bewegen ze naar de tegenovergestelde uiteinden van de mitotische spil, nu verlengd.

Tenslotte in de vierde fase (fase IV of "Telofase"), nieuwe nucleaire membranen worden gevormd rond afzonderlijke chromosomen, begint de mitotische spoel smelt en celscheiding aangevuld met halve cytoplasma die hoort bij elke nieuwe kern.

Aan elk uiteinde van de mitotische spoel, paren centrioles hebben een belangrijke invloed (blijkbaar verband met de uitgeoefende krachten door de elektromagnetische velden die door de negatieve en positieve ladingen van de proximale en distale uiteinden) gedurende het proces van celdeling. 

Het centrosoom en de immuunrespons

Blootstelling aan stress beïnvloedt de functie, kwaliteit en duur van het leven van een organisme. Stress die wordt gegenereerd, bijvoorbeeld door een infectie, kan leiden tot ontsteking van geïnfecteerde weefsels, waardoor de immuunrespons in het lichaam wordt geactiveerd. Deze reactie beschermt het getroffen organisme en elimineert de ziekteverwekker.

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

Recente studies hebben onverwachte dynamische veranderingen in de structuur, locatie en functie van het centrosoom ontdekt in verschillende omstandigheden die verband houden met stress. Na de imitatie van de voorwaarden van een infectie is bijvoorbeeld een toename in de productie van PCM en microtubuli in interfase cellen gevonden.

De centrosomen in de immunologische synaps

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-celinteractie initieert de migratie van het centrosoom naar de SI en de daaropvolgende koppeling aan het plasmamembraan.

De koppeling van het centrosoom in de SI is vergelijkbaar met die waargenomen tijdens de ciliogenese. Maar in dit geval initieert assemblage van cilia, maar is betrokken bij de organisatie van de SI en uitscheiding van cytotoxische blaasjes doelcellen te lyseren, hetgeen een spielichaam in T-celactivering.

Het centrosoom en hittestress

Het centrosoom wordt het doelwit van "moleculaire chaperones" (een reeks eiwitten waarvan de functie het vouwen, assembleren en cellulair transport van andere eiwitten helpt) die bescherming bieden tegen blootstelling aan thermische schokken en stress.

De stressfactoren die van invloed zijn op het centrosoom zijn schade aan DNA en hitte (zoals de cellen van febriele patiënten). DNA-schade initieert DNA-herstelpaden, die de functie van het centrosoom en de samenstelling van de eiwitten kunnen beïnvloeden.

Spanning opgewekte warmte veroorzaakt modificatie van de structuur van centriole, centrosoom verstoring en volledige inactivering van hun vermogen om microtubuli te vormen, verstoren mitotische spoelvorming en voorkomen mitose.

Onderbreking van de functie van centrosomes tijdens koorts kan een adaptieve respons op de spil polen inactiveren en tijdens mitose voorkomen abnormale DNA klieving, vooral gezien de mogelijke disfunctie meerdere eiwitten na denaturatie geïnduceerd door hitte.

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 inactivatie van het centrosoom tijdens koorts is zijn onvermogen om naar de SI te gaan om het te organiseren en deel te nemen aan de uitscheiding van cytotoxische vesikels..

Abnormale ontwikkeling van centriolen

De ontwikkeling van het centriol is een zeer complex proces en hoewel het een reeks regulerende eiwitten omvat, kunnen verschillende typen fouten optreden..

Indien er een onbalans in de verhouding van eiwit kan centriole defect, de geometrie kan worden vervormd, de assen van een paar kunnen afwijken van loodrechte, centrioles verschillende kinderen te ontwikkelen, kan het centriole volledige lengte bereiken alvorens tijd, of de ontkoppeling van peers kan worden uitgesteld.

Wanneer er een verkeerde of onjuiste duplicatie van centriolen is (met geometrische defecten en / of meerdere duplicaties), is de DNA-replicatie veranderd, treedt chromosomale instabiliteit (CIN) op.

Evenzo leiden centrosoomdefecten (bijvoorbeeld een vergroot of vergroot centrosoom) tot CIN en bevorderen ze de ontwikkeling van meerdere child centrioles..

Deze ontwikkelingsfouten veroorzaken schade aan cellen die kunnen leiden tot maligniteit.

Abnormale centriolos en kwaadaardige cellen

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

Echter, zelf corrigeren van de afwijking, abnormale centrioles of meerdere kinderen ( "overtollige centrioles") niet wordt bereikt kan leiden tot het ontstaan ​​van tumoren ( "tumorigenese") of celdood.

Boventallige centrioles neiging te aggregeren, waardoor clustering van de centrosome ( "centrosome amplificatie" kenmerk van kankercellen), celpolariteit en veranderen van de normale ontwikkeling van mitose, resulterend in de verschijning van tumoren.

De 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 niet loodrecht of slecht geplaatst.

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 superparamagnetische nanodeeltjes..

referenties

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Microtubules: 50 jaar na de ontdekking van tubuline. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, R.A., Chen, J.V., Zheng, Y., & Megraw, T.L. Centrosome in Cell Division, Development and Disease. Els.
3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Gevolgen van numerieke centrosoomdefecten in ontwikkeling en ziekte. In The Microtubule Cytoskelet (blz. 117-149). Springer Wenen.
4. Huston, R. L. (2016). Een overzicht van Centriole-activiteit en Onrechtmatige activiteit tijdens Celverdeling. Vooruitgang in Bioscience and Biotechnology, 7 (03), 169.
5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Spermadisfunctie en ciliopathie. Reproductive Medicine and Biology, 15 (2), 77-94.
6. Keeling, J., Tsiokas, L., & Maskey, D. (2016). Cellulaire mechanismen van controle van de lengte van de cilia. Cellen, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, K. C. (2016). Moleculaire celbiologie. New York: W.H. Freeman and Company.
8. Matamoros, A. J., & Baas, P.W. (2016). Microtubules in gezondheid en degeneratieve ziekte van het zenuwstelsel. Brain Research Bulletin, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Granno, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Terug naar de tubulus: microtubule-dynamica bij de ziekte van Parkinson. Cellulaire en moleculaire levenswetenschappen, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Historische wortels van centrosoomonderzoek: ontdekking van de microscoopglijbanen van Boveri in Würzburg. Phil. Trans. R. Soc. B, 369 (1650), 20130469.
11. Severson, A.F., von Dassow, G., & Bowerman, B. (2016). Hoofdstuk vijf-oöcyt Meiotic Spindle Assembly and Function. Actuele onderwerpen in ontwikkelingsbiologie, 116, 65-98.
12. Soley, J.T. (2016). Een vergelijkend overzicht van het sperma-centriolaire complex bij zoogdieren en vogels: variaties op een thema. Dierlijke reproductiewetenschap, 169, 14-23.
13. Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). The Centrosome: A Phoenix Organelle of the Immune Response. Single Cell Biology, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). The Centrosome, a Multitalented Renaissance Organelle. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 8 (12), a025049.
15. Activering van T-lymfocyten Oorspronkelijk werk van de federale overheid van de Verenigde Staten - publiek domein. Vertaald door BQmUB2012110.
16. Alejandro Porto - Afgeleid van File: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg uit Petr94. Basisoverzicht van een dierlijke eukaryote cel. 
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (editors-versie) .svg. Vertaald in het Spaans door Alejandro Porto.
18. Kelvinsong - Eigen werk. Diagram van een centrosome, zonder het gele kader.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0. 
20. NIAID / NIH - NIAID Flickr's fotostream. Microfoto van een menselijke T-lymfocyt (ook T-cel genoemd) van het immuunsysteem van een gezonde donor.  
21. Silvia Márquez en Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Vereenvoudigd spermatozoön diagram.svg: afgeleid werk van Mariana Ruiz: Miguelferig.