CENTRIOLES: IŞLEVLER VE ÖZELLIKLER - BILIM - 2025

Sentriyoller mikrotübül hücre kümeleri oluşan silindirik yapılardır. Çoğu ökaryotik hücrede bulunan protein tübülinden oluşurlar.

Pericentriolar malzeme (PCM) adı verilen şekilsiz yoğun bir malzeme kütlesi ile çevrili bir çift merkezcil, sentrozom adı verilen bir yapı oluşturur.

Centrioles, mikrotübül kümelerinden oluşan silindirik yapılardır. Merkezcillerin çoğu, bir silindir halinde düzenlenmiş dokuz set mikrotübül üçlüsünden oluşur.

Centrioles'in işlevi, hücre organizasyonuna (çekirdeğin konumu ve hücrenin uzamsal düzenlemesi), flagella ve cilia'nın (siliyogenez) ve hücre bölünmesinin (mitoz ve mayoz) oluşumuna ve işlevine katılan mikrotübüllerin birleşimini yönetmektir.

Centrioles, hayvan hücrelerinde sentrozom olarak bilinen hücresel yapılarda bulunur ve bitki hücrelerinde bulunmaz.

Her bir hücredeki merkezcillerin yapısındaki veya sayısındaki kusurlar, bir organizmanın fizyolojisi için önemli sonuçlara sahip olabilir ve diğerlerinin yanı sıra, iltihaplanma, erkek kısırlığı, nörodejeneratif hastalıklar ve tümör oluşumu sırasında strese yanıtta değişiklikler meydana getirebilir.

Centriole, silindirik bir yapıdır. Şekilsiz bir yoğun malzeme kütlesi ("pericentriolar malzeme" veya PCM olarak adlandırılır) ile çevrili bir çift ilişkili merkezcil, "sentrozom" adı verilen bir bileşik yapı oluşturur.

Ökaryotik hücrelerde (çoğunlukla insanlarda ve diğer hayvanlarda) hücre bölünmesi ve çoğalmasının (mitoz) iletilmesinde ana organel oldukları sonucuna varılıncaya kadar, birkaç yıl öncesine kadar önemsiz kabul edildi.

Hücre

Dünyadaki tüm yaşamın son ortak atası tek bir hücreydi ve tüm ökaryotların son ortak atası, merkezcilleri olan kirpikli bir hücreydi.

Her organizma, birbiriyle etkileşen bir grup hücreden oluşur. Organizmalar organlar içerir, organlar dokulardan oluşur, dokular hücrelerden oluşur ve hücreler moleküllerden oluşur.

Tüm hücreler aynı moleküler "yapı bloklarını", genetik bilginin depolanması, bakımı ve ifadesi için benzer yöntemler ve benzer enerji metabolizması, moleküler taşıma, sinyal verme, geliştirme ve yapı süreçlerini kullanır.

Mikrotübüller

Elektron mikroskobunun ilk günlerinde, hücre biyologları sitoplazmada mikrotübül adını verdikleri uzun tübüller gözlemlediler.

Morfolojik olarak benzer mikrotübüller, nöronların aksonlarının bileşenleri olarak ve kirpikler ve kamçıda yapısal elemanlar olarak mitotik milin liflerini oluşturduğu gözlendi.

Tek tek mikrotübüllerin dikkatli bir şekilde incelenmesi, hepsinin büyük bir proteinden (yakından ilişkili bir α-tübülin ve β-tübülin alt biriminden oluşan) oluşan 13 uzunlamasına birimden (şimdi protofilamentler olarak adlandırılır) ve bununla ilişkili birkaç proteinden oluştuğunu gösterdi. mikrotübüller (MAP'ler).

Mikrotübüller, diğer hücrelerdeki işlevlerine ek olarak, nöronun büyümesi, morfolojisi, göçü ve kutupluluğunun yanı sıra gelişimi, sürdürülmesi ve hayatta kalması ve verimli bir sinir sisteminin sağlanması için de gereklidir. .

Hücre iskeletinin bileşenleri (mikrotübüller, aktin filamentleri, ara filamentler ve septinler) arasındaki hassas etkileşimin önemi, Parkinson hastalığı ve Alzheimer hastalığı da dahil olmak üzere anormal mikrotübül dinamikleriyle ilgili birçok insan nörodejeneratif bozuklukta yansıtılmaktadır.

Kirpikler ve kamçı

Kirpikler ve flagella, çoğu ökaryotik hücrenin yüzeyinde bulunan organellerdir. Esas olarak mikrotübüller ve membrandan oluşurlar.

Sperm hareketliliği, aksonem adı verilen kuyruğunda bulunan hareketli hücre iskelet unsurlarından kaynaklanır. Aksonemlerin yapısı, her biri 2 mikrotübülden oluşan 9 grup, moleküler motorlar (dineinler) ve düzenleyici yapılarından oluşur.

Centrioles, siliyogenez ve hücre döngüsü ilerlemesinde merkezi bir rol oynar. Centriole olgunlaşması, hücre bölünmesinden silium oluşumuna yol açan işlevde bir değişiklik üretir.

Aksonemin veya siliyanın yapısındaki veya işlevindeki kusurlar, insanlarda siliyopati adı verilen çok sayıda bozukluğa neden olur. Bu hastalıklar, gözler, böbrekler, beyin, akciğerler ve sperm hareketliliği (genellikle erkek kısırlığına yol açar) dahil olmak üzere çeşitli dokuları etkiler.

Merkezcil

Bir çevrenin etrafına yerleştirilen (kısa içi boş bir silindir oluşturan) dokuz üçlü mikrotübül, "yapı taşları" ve bir merkezin ana yapısıdır.

1880'lerde sentrozomun ışık mikroskobu ile görselleştirilmesine rağmen, merkezcillerin yapısı ve işlevi yıllarca göz ardı edildi.

Theodor Boveri 1888'de, sentrozomun döllenmeden sonra spermden kökenini açıklayan ufuk açıcı bir çalışma yayınladı. Boveri, 1887 tarihli kısa yazışmasında şunları yazdı:

"Sentrozom, hücrenin dinamik merkezini temsil eder; Bölünmesi, diğer tüm hücresel bileşenlerin simetrik olarak düzenlendiği, oluşan yavru hücrelerin merkezlerini yaratır … Sentrozom, hücrenin gerçek bölme organıdır, nükleer ve hücresel bölünmeye aracılık eder ”(Scheer, 2014: 1) . .

20. yüzyılın ortalarından kısa bir süre sonra, elektron mikroskobunun gelişmesiyle, merkezcillerin davranışı Paul Schafer tarafından incelendi ve açıklandı.

Ne yazık ki, bu çalışma büyük ölçüde göz ardı edildi çünkü araştırmacılar Watson ve Krick'in DNA üzerindeki bulgularına odaklanmaya başladılar.

Sentrozom

Çekirdeğe bitişik ve birbirine dik olarak yerleştirilmiş bir çift merkezcil, "sentrozomdur". Merkezcilerden biri "baba" (veya anne) olarak bilinir. Diğeri "oğul" (veya kız; biraz daha kısadır ve tabanı annenin tabanına bağlıdır) olarak bilinir.

Proksimal uçlar (iki merkezin birleştiği yerde), mikrotübül düzenleme merkezi (MTOC) olarak bilinen bir protein "bulutu" (belki 300 veya daha fazla) içine daldırılır, çünkü inşaat için gerekli proteini sağlar. mikrotübülüsler.

MTOC "pericentriolar materyal" olarak da bilinir ve negatif yüklüdür. Tersine, uzak uçlar (iki merkezin bağlantısından uzakta) pozitif yüklüdür.

Merkezcil çifti, çevreleyen MTOC ile birlikte "sentrozom" olarak bilinir.

Centrosome duplikasyonu

Merkezciler çoğalmaya başladığında, baba ve oğul biraz ayrılır ve ardından her merkez, tabanında yeni bir merkez oluşturmaya başlar: yeni bir oğlu olan baba ve kendisinin yeni bir oğlu olan oğul (bir "torunu"). .

Centriole duplikasyonu meydana gelirken, nükleus DNA'sı da kopyalanıyor ve ayrılıyor. Yani, mevcut araştırmalar, merkezcil çoğaltma ve DNA ayrılmasının bir şekilde bağlantılı olduğunu gösteriyor.

Hücre çoğalması ve bölünmesi (mitoz)

Mitotik süreç genellikle "arayüz" olarak bilinen bir başlangıç ​​aşaması olarak tanımlanır ve bunu dört gelişim aşaması izler.

Fazlar arası sırasında, merkezler ikiye bölünür ve iki çifte ayrılır (bu çiftlerden biri çekirdeğin karşı tarafına doğru hareket etmeye başlar) ve DNA bölünür.

Merkezcillerin kopyalanmasından sonra, merkezcillerin mikrotübülleri, çekirdeğin ana ekseni boyunca uzanır ve kendilerini hizalar ve "mitotik mili" oluşturur.

Gelişimin dört aşamasından ilkinde (Aşama I veya "Aşama"), kromozomlar yoğunlaşır ve birbirine yaklaşır ve nükleer zar zayıflamaya ve çözülmeye başlar. Aynı zamanda, mitotik mil, şimdi milin uçlarında bulunan merkez çiftleri ile oluşturulur.

İkinci aşamada (Faz II veya "Metafaz"), kromozom dizileri mitotik milin ekseni ile hizalanır.

Üçüncü aşamada (Faz III veya "Anafaz"), kromozom zincirleri bölünür ve şimdi uzatılmış mitotik milin zıt uçlarına hareket eder.

Son olarak, dördüncü aşamada (Faz IV veya "Telofaz"), ayrılmış kromozomların etrafında yeni nükleer membranlar oluşur, mitotik mil parçalanır ve hücre ayrımı, her yeni çekirdekle birlikte giden sitoplazmanın yarısı ile tamamlanmaya başlar.

Mitotik milin her iki ucunda, merkezcil çiftler, hücre bölünmesinin tüm süreci boyunca (proksimal ve uzak uçlarındaki negatif ve pozitif yüklerin ürettiği elektromanyetik alanların uyguladığı kuvvetlerle ilgili) önemli bir etki uygular.

Centrosome ve Bağışıklık Tepkisi

Strese maruz kalma, bir organizmanın işlevini, kalitesini ve yaşam süresini etkiler. Örneğin bir enfeksiyon tarafından üretilen stres, vücuttaki bağışıklık tepkisini aktive ederek, enfekte olmuş dokuların iltihaplanmasına yol açabilir. Bu yanıt, etkilenen organizmayı korur ve patojeni ortadan kaldırır.

Bağışıklık sisteminin işlevselliğinin birçok yönü iyi bilinmektedir. Bununla birlikte, sentrozomun dahil olduğu moleküler, yapısal ve fizyolojik olaylar bir muamma olarak kalır.

Son çalışmalar, stresle ilişkili farklı koşullar altında sentrozomun yapısında, konumunda ve işlevinde beklenmedik dinamik değişiklikler keşfetmiştir. Örneğin, bir enfeksiyonun koşullarını taklit ettikten sonra, fazlar arası hücrelerde artan bir PCM ve mikrotübül üretimi bulunmuştur.

Bağışıklık sinapsındaki sentrozomlar

Sentrozom, immünolojik sinapsın (SI) yapısında ve işlevinde çok önemli bir role sahiptir. Bu yapı, bir T hücresi ile antijen sunan bir hücre (APC) arasındaki özel etkileşimlerle oluşturulur. Bu hücre-hücre etkileşimi, sentrozomun SI'ya doğru göçünü ve ardından plazma membranına bağlanmasını başlatır.

SI'da sentrozom kenetlenmesi, siliyojenez sırasında gözlemlenene benzer. Bununla birlikte, bu durumda, silyaların birleşmesini başlatmaz, bunun yerine SI'nın organizasyonuna ve hedef hücreleri parçalamak için sitotoksik veziküllerin salgılanmasına katılır ve T hücrelerinin aktivasyonunda anahtar bir organ haline gelir.

Sentrozom ve Isı Stresi

Sentrozom, ısı şokuna ve strese maruz kalmaya karşı koruma sağlayan "moleküler şaperonların" (işlevi diğer proteinlerin katlanmasına, birleştirilmesine ve hücresel taşınmasına yardımcı olmak olan proteinler kümesi) hedefidir.

Sentrozomu etkileyen stres faktörleri arasında DNA hasarı ve ısı (ateşli hastaların hücrelerinin çektiği gibi) bulunur. DNA hasarı, sentrozom işlevini ve protein bileşimini etkileyebilen DNA onarım yollarını başlatır.

Isı tarafından üretilen stres, merkezcil yapının modifikasyonuna, sentrozomun bozulmasına ve mikrotübül oluşturma yeteneğinin tamamen inaktivasyonuna neden olur, mitotik milin oluşumunu değiştirir ve mitozu önler.

Ateş sırasında sentrozomların işlevinin bozulması, mil kutuplarını etkisiz hale getirmek ve özellikle ısı kaynaklı denatürasyondan sonra birden fazla proteinin potansiyel işlev bozukluğu göz önüne alındığında, mitoz sırasında anormal DNA bölünmesini önlemek için uyarlanabilir bir reaksiyon olabilir.

Ayrıca, hücre bölünmesini yeniden başlatmadan önce hücreye işlevsel protein havuzunu geri kazanması için fazladan zaman verebilir.

Ateş sırasında sentrozomun inaktivasyonunun bir başka sonucu da, onu organize etmek ve sitotoksik veziküllerin salgılanmasına katılmak için IS'ye transfer edilememesidir.

Merkezcillerin anormal gelişimi

Centriole'un gelişimi oldukça karmaşık bir süreçtir ve buna bir dizi düzenleyici protein katılsa da, farklı tipte başarısızlıklar meydana gelebilir.

Proteinlerin oranında bir dengesizlik varsa, yavru centriole kusurlu olabilir, geometrisi bozulabilir, bir çiftin eksenleri diklikten sapabilir, birden fazla yavru centriole gelişebilir, kız centriole daha önce tam uzunluğa ulaşabilir. zaman veya çiftlerin ayrılması gecikebilir.

Merkezcillerin yanlış veya yanlış bir kopyası olduğunda (geometrik kusurlar ve / veya çoklu çoğaltma ile), DNA replikasyonu değişir, kromozomal kararsızlık (CIN) oluşur.

Benzer şekilde, sentrozom kusurları (örneğin, genişlemiş veya genişlemiş sentrozom) CIN'e yol açar ve birden fazla yavru merkezin gelişimini teşvik eder.

Bu gelişimsel hatalar, hücrelere kötü huylu hastalığa bile yol açabilecek zarar verir.

Anormal merkezcil ve kötü huylu hücreler

Düzenleyici proteinlerin müdahalesi sayesinde, merkezcillerin ve / veya sentrozomun gelişiminde anormallikler tespit edildiğinde, hücreler anormalliklerin kendi kendini düzeltmesini sağlayabilirler.

Bununla birlikte, anormalliğin kendi kendine düzeltilmesi sağlanamazsa, anormal veya çok sayıda yavru merkezcil ("süpernümerik merkezliler"), tümör oluşumuna ("tümörigenez") veya hücre ölümüne yol açabilir.

Süpernümerik sentrioller birleşme eğilimindedir, bu da sentrozomun gruplanmasına ("sentrozom amplifikasyonu", kanser hücrelerinin karakteristiği) yol açar, hücre polaritesini ve normal mitoz gelişimini değiştirerek tümörlerin ortaya çıkmasına neden olur.

Süpernümerari merkezcil hücreler, aşırı merkez merkezli malzeme, silindirik yapının kesintiye uğraması veya dik olmayan veya zayıf konumlandırılmış merkezcil ve merkezcillerin aşırı uzunluğu ile karakterize edilir.

Kanser hücrelerindeki sentrioller veya sentrozom kümelerinin, süper paramanyetik nanopartiküller gibi terapötik ve görüntüleme ajanlarının kullanımında bir "biyomarker" olarak hizmet edebileceği öne sürülmüştür.

Referanslar

1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A. ve Nogales, E. (2016). Mikrotübüller: Tübülinin keşfinden 50 yıl sonra. Nature Reviews Molecular Cell Biology, 17 (5), 322-328.
2. Buchwalter, RA, Chen, JV, Zheng, Y., & Megraw, TL Centrosome in Cell Division, Development and Disease. Els.
3. Gambarotto, D. ve Basto, R. (2016). Gelişim ve Hastalıkta Sayısal Merkezli Bazı Kusurların Sonuçları. Microtubule Cytoskeleton içinde (s. 117-149). Springer Viyana.
4. Huston, RL (2016). Hücre Bölünmesi Sırasında Centriole Aktivitesi ve Yanlış Aktivite Üzerine Bir Gözden Geçirme. Biyolojik Bilim ve Biyoteknolojideki Gelişmeler, 7 (03), 169.
5. Inaba, K. ve Mizuno, K. (2016). Sperm disfonksiyonu ve siliyopati. Üreme Tıbbı ve Biyoloji, 15 (2), 77-94.
6. Keeling, J., Tsiokas, L. ve Maskey, D. (2016). Siliyer uzunluk kontrolünün hücresel mekanizmaları. Hücreler, 5 (1), 6.
7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, KC (2016). Moleküler Hücre Biyolojisi. New York: WH Freeman ve Şirketi.
8. Matamoros, AJ ve Baas, PW (2016). Sinir sisteminin sağlık ve dejeneratif hastalığında mikrotübüller. Beyin Araştırma Bülteni, 126, 217-225.
9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G. ve Harvey, K. (2016). Tübüle geri dönelim: Parkinson hastalığında mikrotübül dinamiği. Hücresel ve Moleküler Yaşam Bilimleri, 1-26.
10. Scheer, U. (2014). Sentrozom araştırmalarının tarihsel kökleri: Boveri'nin Würzburg'daki mikroskop lamlarının keşfi. Phil. Trans. R. Soc B, 369 (1650), 20130469.
11. Severson, AF, von Dassow, G. ve Bowerman, B. (2016). Beşinci Bölüm-Oosit Mayotik Mil Düzeneği ve İşlevi. Gelişim biyolojisindeki güncel konular, 116, 65-98.
12. Soley, JT (2016). Memelilerde ve kuşlarda sperm sentriolar kompleksine karşılaştırmalı bir genel bakış: Bir tema üzerine varyasyonlar. Hayvan üreme bilimi, 169, 14-23.
13. Vertii, A. ve Doxsey, S. (2016). Centrosome: Bağışıklık Tepkisinin Phoenix Organeli. Tek Hücre Biyolojisi, 2016.
14. Vertii, A., Hehnly, H. ve Doxsey, S. (2016). Centrosome, Çok Yetenekli bir Rönesans Organeli. Cold Spring Harbor Perspectives in Biology, 8 (12), a025049.
15. T Lenfosit Aktivasyonu ABD Federal Hükümeti'nin orijinal çalışması - kamu malı. BQmUB2012110 tarafından çevrilmiştir.
16. Alejandro Porto - Dosyanın Türevi: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg, Petr94. Ökaryotik bir hayvan hücresinin temel şeması.
17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (editör versiyonu) .svg. Alejandro Porto tarafından İspanyolcaya çevrilmiştir.
18. Kelvinsong - Kendi işi. Sarı çerçeve içermeyen bir sentrozom şeması.
19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0.
20. NIAID / NIH - NIAID Flickr'ın fotoğraf akışı. Sağlıklı bir vericinin bağışıklık sisteminden alınan bir insan T lenfositinin (T hücresi de denir) mikrografı.
21. Silvia Márquez ve Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
22. Basitleştirilmiş spermatozoon diagram.svg: Mariana Ruiz türevi çalışması: Miguelferig.