معلومة

ما هي استخدامات المريكزات ومصفوفة الجسيمات المركزية؟


في الجسيمات المركزية ، تعتبر مجمعات حلقات جاما-توبيولين (جاما-تورين) الموجودة على السطح ضرورية كموقع التنوي لنمو (قطبية) الأنابيب الدقيقة.

ومع ذلك ، أرى أن هناك أيضًا مركزًا مركزيًا (مصنوعًا بواسطة وحدتين مركزيتين في هيكل على شكل حرف T) ومصفوفة مركزية. وفقًا لـ Wikipedia ، يبدو أنه بدون المريكزات ، لا تزال الخلايا تعمل بشكل طبيعي وتنمو (من فضلك صححني إذا كنت غير صحيح) ، ويبدو أنه لا يمكنني العثور على الكثير من المعلومات في الإنترنت التي تشير إلى استخدام كل من المريكزات والمصفوفة المركزية.

لذلك ، أود أن أسأل ما هي الأهمية الوظيفية؟ وأود أن أسأل عما إذا كنا قادرين على صنع كرة اصطناعية مع وجود العديد من جاما- TuRC على سطحه (بدون أي رفض) ، هل يمكن للخلية إجراء دورة خلوية طبيعية؟


كان هذا وقتا طويلا للتعليق.

سيكون من المفيد لك أن تشير بالضبط إلى ما تعنيه بعبارة "لا تزال الخلايا تعمل بشكل طبيعي وتنمو".

هناك بعض الملاحظات المتعلقة بسؤالك حول غياب المريكزات (من صفحة الويكي الخاصة بك):

  1. في ذبابة الفاكهة ، يمكن أن يحدث الانقسام والتطور إلى حد ما في الطفرات المركزية ، ولكنها "تموت بعد الولادة بفترة وجيزة" بسبب عيوب سوطية وعائية.

  2. لا تحتوي بعض الكائنات الحية على مريكزات وتستخدم آليات أخرى (مثل كاسيات البذور).

لذلك ، في أقسام صفحة الويكي الخاصة بك "الخصوبة" ، "التولد الهدبي" ، وما إلى ذلك ، تسرد هذه الأقسام الأهمية الوظيفية للمريكزات.

إذا كان ما تقصده هو "ما هو دور المريكزات في الانقسام الفتيلي" ، فلدينا بالطبع سؤال منفصل. يمكنك العثور على الكثير من الموارد حول هذا الموضوع عبر عمليات البحث على google.

بالنسبة إلى سؤالك الأخير ، حول الكرة الاصطناعية ، سيكون عليك توضيح التجربة بمزيد من التفصيل - على سبيل المثال ، ماذا تقصد بـ "الكرة الاصطناعية"؟ الكرة التي تم تعريفها بواسطة طبقة ثنائية الدهون مع جاما-TuRC (على سبيل المثال) على سطحها ولا توجد ميزات أخرى ليست خلية ولن تمر عبر دورة خلية.


Centrosomes كمراكز قيادة للتحكم الخلوي

لما يقرب من قرن من الزمان ، كان فهمنا للبنية الدقيقة في مركز الخلية المسمى بالجسيم المركزي مقيدًا بقدرتها على تنظيم المغازل الانقسامية ومصفوفات الأنابيب الدقيقة الأخرى. ومع ذلك ، فقد أشارت الدراسات الحديثة إلى أدوار جديدة للمركز في الحركة الخلوية وتطور دورة الخلية.

يتم وضع الجسيم المركزي في وسط خلايا الطور البيني في بؤرة مجموعة شعاعية من الأنابيب الدقيقة. الأنابيب الدقيقة عبارة عن بوليمرات تتكون من وحدات فرعية α- و-tubulin ، ويبدأ نموها في المنطقة المحيطية من الجسيم المركزي (المصفوفة المحيطة بالوسطى) بواسطة مركب يحتوي على بروتين مرتبط يسمى γ-tubulin 1،2. يوجد في قلب الجوهر زوج من مجموعات الأنابيب الدقيقة المتخصصة على شكل برميل ذات وظيفة غير معروفة تسمى المريكزات. تحدد المريكزات والمصفوفة المحيطة بالمركز الجسيم المركزي كواحد من أكثر العضيات غير الغشائية تعقيدًا في الخلية. على الرغم من تعقيدها الهيكلي والجزيئي ، فإن الوظيفة الوحيدة المميزة للجسيمات المركزية هي تنوي وتنظيم مصفوفات الأنابيب الدقيقة المستقطبة التي تولد قطبية الخلية وتشكل الإطار الهيكلي للمغازل الانقسامية والانقسام. تتعلق الحدود الناشئة في بيولوجيا الجسيم المركزي بدور هذه العضية في ترسيخ الجزيئات التنظيمية من خلال التفاعلات مع بروتينات السقالة 3،4. على الرغم من القائمة المتزايدة بسرعة لهذه البروتينات والأنشطة التنظيمية المرتبطة بالجسيم المركزي ، كان هناك عدد قليل جدًا من الروابط المباشرة بين توطينها إلى الجسيم المركزي والوظائف الخلوية المحددة. ومع ذلك ، توفر ثلاث أوراق حديثة 5،6،7 مثل هذا الرابط. باستخدام مناهج تجريبية مختلفة ، قدمت الدراسات الثلاث أدلة لربط نشاط الجسيم المركزي بإكمال انقسام الخلايا (الحركية الخلوية) وتفعيل تكرار الحمض النووي (الدخول في المرحلة S).


مقدمة

كان الجهاز المركزي ، كما يوحي اسمه ، في مركز بيولوجيا الخلية (1 ، 2). من الناحية الهيكلية ، يحتوي كل جسيم مركزي على مريكزين. في الخلايا الحيوانية الهادئة ، تشكل المريكزات أهداب ، تعمل كهوائي استشعار وقد ارتبطت بالعديد من اعتلالات الهدوء (35 نوعًا) بسبب عيوب في النمو أو عدم توازن التوازن (3). في الخلايا المنقسمة ، تبني المريكزات البنية المركزية عن طريق تجميع مصفوفة المادة المحيطة بالمركز (PCM) حولها ، وبالتالي تشتمل على مراكز تنظيم الأنابيب الدقيقة وممارسة تأثيرات خلوية مختلفة عبر نظام الهيكل الخلوي الدقيق. سيؤدي تعطيل المريكزات أو الهياكل المركزية إلى إحداث فوضى في العديد من العمليات البيولوجية (1 ، 2). يجب أن تكون دورة الجسيم المركزي متزامنة تمامًا مع دورة الخلية (4). يتكاثر بينما يصنع الحمض النووي ، ويحدث كلاهما مرة واحدة فقط مرة واحدة في كل دورة خلية. إنه يفصل عند فصل الكروموسومات ، وينبثق جهاز المغزل لضمان الفصل المخلص للكروماتيدات الشقيقة. لذلك ، يجب أن يكون عدد وتوقيت الانفصال تحت سيطرة صارمة بحيث يترتب على ذلك انقسام ناجح.

كشفت التحقيقات السابقة عن أن الازدواجية والنضج والانفصال والفصل وتدهور الجسيمات المركزية يتم ضبطها بدقة من خلال شبكة معقدة من كينازات ، وفوسفاتازات ، ويوبيكويتين E3 ligases (5) بالإضافة إلى ترانسفيراز N-acetylglucosamine (O-GlcNAc) المرتبط بـ O (OGT). OGT هو الكاتب الوحيد لتعديل O-GlcNAc. يتم تحويل حوالي 2 & # x020135 ٪ من الجلوكوز الذي نستهلكه كل يوم إلى مسار التخليق الحيوي للهكسوزامين (HBP) لتوليد UDP-GlcNAc (6 ، 7) ، وهي المجموعة المانحة لشق GlcNAc إلى مخلفات Ser / Thr من الركيزة البروتينات. الآن أربعة عقود & # x02019 كشف النقاب عن هذا التعديل الغامض أنه يمكن أن يتداخل مع تعديلات أخرى بعد الترجمة (PTMs) ، وينظم العمليات البيولوجية المختلفة ، مثل النسخ ودورة الخلية واستجابة الإجهاد. ليس من المستغرب أنه يكمن وراء السرطان والأمراض التنكسية العصبية ومرض السكري (6 ، 7). ومع ذلك ، فإن الطريقة التي يملي بها O-GlcNAc جوانب مختلفة من ديناميكيات الجسيم المركزي كانت قصصية. هنا نراجع الأجزاء والقطع الحلوة لبيولوجيا الجسيم المركزي ونحاول فهم خطواتنا المستقبلية إلى الأمام.


كسر الروابط التي تربط: التطورات الجديدة في علم الأحياء المركزية

الجسيم المركزي ، الذي يتكون من مركزين ومادة محيط المركز ، هو المركز الأساسي لتنظيم الأنابيب الدقيقة (MTOC) في الخلايا الحيوانية. مثل الكروموسومات ، تتضاعف الجسيمات المركزية مرة واحدة لكل دورة خلية وتؤدي العيوب التي تؤدي إلى تشوهات في عدد الجسيمات المركزية إلى عدم الاستقرار الجيني ، وهي سمة مميزة لمعظم الخلايا السرطانية. تشير الأدلة المتزايدة إلى أن الفصل بين المريكزين (فك الارتباط) مطلوب لتكرار الجسيم المركزي. بعد فك الارتباط المركزي ، يتم إنشاء رابط بروتيني لا يزال يربط بين المريكزين. في G2 ، يتم حل هذا الرابط (فصل الجسيم المركزي) ، مما يسمح للفصل وتشكيل أقطاب المغزل ثنائي القطب. حدد العمل الأخير لاعبين جدد ينظمون هاتين العمليتين وكشف عن آليات غير متوقعة تتحكم في دورة الجسيم المركزي.

دورة الازدواجية المركزية

يتكون الجسيم المركزي للخلايا الحيوانية من المريكزات والمواد المحيطة بالمركز (PCM الشكل 1 Paintrand et al. ، 1992 Bornens ، 2002). إن PCM عبارة عن شبكة من البروتينات الليفية التي تنوي وتثبت الأنابيب الدقيقة (MTs) ، في حين أن المريكزات موجودة في قلب الجسيمات المركزية وهي مهمة لسلامة الجسيم المركزي وتضاعف الجسيم المركزي (Gould and Borisy ، 1977 Piel et al. ، 2000). على الرغم من بعض الاختلافات في هيكلها ، تتكون المريكزات الكنسية من 9 توائم ثلاثية الأبعاد تشكل أسطوانة بطول 0.5 ميكرومتر وقطرها 0.2 ميكرومتر (Bornens ، 2002 Azimzadeh and Bornens ، 2007).

تتكرر Centrosomes مرة واحدة لكل دورة خلية (Bettencourt-Dias and Glover ، 2007). أثناء ازدواج الجسيم المركزي الكنسي ، تتشكل المريكز الابنة بشكل عمودي على كل مركز مركزي أم في المرحلة S (الشكل 1). يظل المريكزون الذين تم تجميعهم حديثًا منخرطين بإحكام مع أمهاتهم ويستطيلون تدريجياً في جميع أنحاء S و G2. في الانتقال G2 / M ، تتراكم المريكزات أكثر من PCM ويبدأ الجسيمان المركزيان (يحمل كل منهما أمًا وما زال مرتبطًا بإحكام ابنة المريكز) بالانفصال عن طريق تفكك الرابط الذي يربط بين الجسيم المركزي (فصل الجسيم المركزي). ثم تشكل الجسيمات المركزية المنفصلة أقطاب المغزل الانقسامي ثنائي القطب (الشكل 1). عندما تخرج الخلية من الانقسام ، ترث كل خلية جسيمًا مركزيًا يحمل أمًا ومريكزًا ابنة. ثم ينفصل المريكز الابنة عن المريكز الأم ويفقد الزوج الأم والابنة الاتجاه المتعامد (تسمى هذه العملية فك الارتباط المركزي). إن فك الارتباط المركزي هو الشرط الأساسي لجولة أخرى من الازدواجية المركزية في المرحلة S.

يمكن أن يكون للاضطرابات في دورة الجسيم المركزي عواقب وخيمة ، مثل عدم استقرار الكروموسوم الذي يؤدي إلى تكوين الأورام (Basto et al. ، 2008 Ganem et al. ، 2009). بالإضافة إلى ذلك ، ترتبط العديد من الاضطرابات الوراثية بعيوب في بنية أو عدد الجسيمات المركزية (Nigg ، 2006 Nigg and Raff ، 2009). لمنع مثل هذه العيوب في انتشار الجسيم المركزي ، تخضع دورة الجسيم المركزي لرقابة صارمة. نظرًا لأن العديد من المراجعات الممتازة قدمت وصفًا متعمقًا لدورة الازدواج المركزي (Nigg ، 2007 Strnad and Gönczy ، 2008 Azimzadeh and Marshall ، 2010) ، فإننا نركز هنا على التطورات الحديثة في فك الارتباط المركزي وفصل الجسيم المركزي. نسلط الضوء على اللاعبين المحددين حديثًا ونحدد النماذج الناشئة التي تنشأ من الملاحظات الأخيرة.

فك الارتباط المركزي

عملية حاسمة تتشابك مع ازدواجية المريكزات هي فك ارتباط الأم وابنتها المريكزات الذي يكسر ترتيبهم المتعامد. تم إنشاء هذا التكوين المريكز في المرحلة S ويستمر حتى مرحلة الانقسام / G1 المتأخرة. يعد فك الارتباط المركزي أمرًا ضروريًا لترخيص المريكزين للنسخ في G1 / S وللحد من تكرار المريكزات إلى حدث واحد لكل دورة خلية (Tsou and Stearns ، 2006). يتطلب فك الارتباط المركزي نشاط التحلل البروتيني للفصل (Tsou and Stearns، 2006 Tsou et al.، 2009) ومع ذلك ، فإن التفاصيل الجزيئية لهذه العملية بدأت تظهر مؤخرًا فقط (الشكل 2).

إن فصل البروتياز السيستين معروف جيدًا بوظيفته في الفصل الكروموسوم من خلال قدرته على شق الوحدة الفرعية المعقدة لمركب الكوهيسين Scc1 (Nasmyth ، 2002). تعتبر النماذج التي يخفف فيها الفصل عن التماسك المركزي بنفس الطريقة التي يحل بها تماسك الكروموسومات جذابة لأنها تشير إلى آلية مشتركة لتنظيم تماسك الكروماتيدات والمريكزات ، التي يقتصر تضاعفها على حدث واحد لكل دورة خلية. النتائج الناشئة عن عمل Tsou et al. (2009) اقترح في البداية أن الفصل يذوب الاتصال المركزي عن طريق استهداف ركيزة أخرى غير cohesin. استند هذا الاستنتاج إلى عدم قدرة وحدة فرعية cohesin غير قابلة للكسر Scc1 NC على منع فك الارتباط المركزي أثناء منع فصل الكروماتيد الشقيق. ومع ذلك ، تشير البيانات الأحدث إلى أن انقسام مجمع cohesin مطلوب في الواقع لفك الارتباط المركزي. والجدير بالذكر أن تحلل البروتينات الداخلية الاصطناعية للوحدات الفرعية المعقدة لمركب cohesin (Scc1 أو Smc3) التي تحمل مواقع انشقاق HRV / TEV المهندسة بواسطة بروتياز HRV / TEV قد خففت من التماسك المركزي في المختبر وفي الجسم الحي بنفس الطريقة التي عززت بها الفصل الكروماتيد الشقيق في ظل ظروف مماثلة (Schöckel) وآخرون ، 2011). تتوافق هذه النتائج مع العمل السابق الذي قام به ناكامورا وآخرون. (2009) يوضح أن cohesin متورط في فك الارتباط المركزي المعتمد على الفصل من خلال Aki1 kinase (بروتين تفاعل Akt kinase 1) المطلوب للتجنيد المركزي لـ Scc1. يؤدي استنفاد Aki1 إلى فقدان التماسك عند المريكزات وفك الارتباط المركزي ، والذي يمكن إنقاذه من خلال النضوب اللاحق للفصل (ناكامورا وآخرون ، 2009). بروتين آخر يرتبط ارتباطًا وثيقًا بفك الارتباط المريكزي هو Astrin. على غرار Aki1 ، أدى استنفاد Astrin إلى زيادة تواتر المغازل التي تحتوي على مريكزات منفصلة قبل الأوان ، وهو نمط ظاهري يمكن إنقاذه عن طريق استنفاد الفصل. على عكس استنفاد Aki1 ، فإن التنظيم الخافت لـ Astrin ينشط الفصل مباشرة ويعزز فك الارتباط المركزي المبكر (Thein et al. ، 2007). باختصار ، على الرغم من أن التفاصيل الجزيئية لكيفية تنظيم التماسك المركزي بواسطة Aki و Astrin لا تزال قيد التحقيق ، فإن الصورة الناشئة هي أن cohesin يربط المريكزات المضاعفة معًا. بعد ذلك ، يؤدي نشاط التحلل للبروتين لفصل الفصل إلى شق حلقة cohesin للحث على الانفصال المركزي (الشكل 2).

التماسك المركزي في السنتروميرات محمي ببروتين تطوري محفوظ ، Shugoshin (Sgo1) (McGuinness et al. ، 2005). من خلال التفاعلات المباشرة مع الفوسفاتيز PP2A ، يمنع Sgo1 فسفرة التماسك في السنتروميرات أثناء الانقسام (Kitajima et al. ، 2006 Riedel et al. ، 2006). ومن المثير للاهتمام ، أن متغير لصق Sgo1 الأقصر (sSgo1) يتم توطينه في الجسيمات المركزية وتم اقتراحه ليكون بمثابة حامي للتماسك المركزي من الفصل أثناء الانقسام بطريقة تشبه دوره في حماية التماسك من التدمير أثناء فصل الكروموسوم. يتطلب sSgo1 وجود Plk1 لوظيفته عند المريكزات ، وبالاتفاق مع هذه الفكرة ، يرتبط Plk1 بـ sSgo1 ويفسفه (X. Wang et al. ، 2008). اقترحت هذه البيانات دور Plk1 في تنظيم فك الارتباط المركزي. باستمرار ، Tsou et al. أظهر (2009) أن نشاط الفصل ليس هو العامل الوحيد الذي يتحكم في فك ارتباط المريكز لأن الخلايا التي تحمل أليلًا فارغًا للفصل فصلت في النهاية عن مريكزاتها قبل بداية الانقسام الفتيلي. ومع ذلك ، فإن تثبيط Plk1 كيناز يلغي تمامًا فك الارتباط المريكزي (Tsou et al. ، 2009). تشير النتائج الحديثة إلى أن Plk1 يعزز فك الارتباط المركزي عن طريق تعزيز إزالة cohesin من الجسيمات المركزية في الطور الأولي وعن طريق تحفيز الانفصال لشق التماسك عند المريكزات أثناء الخروج الانقسامي (Schöckel et al. ، 2011). من المحير أن طفرات sSgo1 التي تم فيها تحور المواقع المستهدفة Plk1 لحجب الفسفرة sSgo1 تزيد من تواتر الخلايا ذات المريكزات المنقسمة في الانقسام بسبب انخفاض في تجنيد sSgo1 إلى الجسيمات المركزية (X. Wang et al. ، 2008). تشير هذه النتيجة إلى وظيفة مزدوجة لـ Plk1: قد يقوم Plk1 في البداية بتعزيز استهداف sSgo1 والمشاركة المركزية قبل المساهمة في انشقاق التماسك وفك الارتباط المركزي أثناء الخروج الانقسامي.

باختصار ، يتضح بشكل متزايد أن الأنشطة المتتالية لـ Plk1 وeparase هي القوى الدافعة الرئيسية في حل تماسك المركز (الشكل 2). أحد النماذج الجذابة هو تنسيق فك الارتباط المركزي مع الفصل الكروموسومي من خلال استخدام cohesin باعتباره "الصمغ" الجزيئي في كلتا الحالتين. على الرغم من أن الأدلة حتى الآن تؤيد هذه الفكرة ، إلا أنه من الممكن أيضًا أن يكون الفصل بين العناصر هو مجرد بدء فك الارتباط المركزي. قد يعتمد الفصل المكاني الكامل للمريكزين غير المتصلين على القوى التي تتوسطها MT لدفع المريكزات بعيدًا عن بعضها جسديًا وميكانيكيًا. إظهار توطين المكونات المعقدة لل cohesin وربط الفصل إلى الجسيمات المركزية أثناء دورة الخلية واختبار ما إذا كان الانقسام الاصطناعي لمركب cohesin في المرحلة S يؤدي إلى فك ارتباط مركزي سابق لأوانه سيكون مهمًا للمساعدة في حل المجهول في هذه العملية.

هناك احتمال إضافي مثير للاهتمام وهو مشاركة فوسفاتاز PP2A باعتباره Plk1 مضادًا للفوسفاتاز الذي يثبط فك الارتباط المركزي. تم العثور على مركب فوسفاتاز PP2A المتفاعل مع Sgo1 في السنتروميرات (Kitajima et al. ، 2006 Riedel et al. ، 2006). من المعقول أن يتم توطين مركب PP2A-sSgo1 مماثل للمريكزات حيث يمنع فك ارتباط المريكزات.

أخيرًا ، كشفت البيانات الحديثة عن وظائف Plk1 التي تتجاوز التخفيف البسيط للتماسك المركزي ، حيث يقوم Plk1 "بتعديل" البروتينات في المريكزات الوليدة المجمعة حديثًا أثناء الانقسام الفتيلي لتمكينها من النضج وتنظيم PCM ("MTOC المختصة"). عندما يفتقر المريكزون إلى هذا التعديل المعتمد على Plk1 ، فإنهم يفقدون القدرة على التكرار والتطور إلى MTOC يعمل بكامل طاقته (Wang et al. ، 2011). مجتمعة ، تشير هذه النتائج إلى أن تعديل البروتينات المركزية بواسطة Plk1 مطلوب من أجل الازدواج المركزي.

حل الرابط المركزي: الفصل المركزي

بالإضافة إلى مجمع cohesin بين الأم والمريكزات الابنة الذي يتم فقده مع الخروج الانقسامي (فك الارتباط المركزي) ، يربط النوع الثاني من الرابط البروتيني النهاية القريبة للمريكزين الأم من G1 حتى بداية الانقسام (الشكل 1 ، الرابط) مؤسسة Bornens وآخرون ، 1987). تم إنشاء هذا الرابط المرن للغاية مع فك الارتباط المركزي أو بعده بقليل ويستمر حتى الدخول الانقسامي (الشكل 1 ، انحلال الرابط O’Regan et al. ، 2007).

تم تحديد بروتينين هيكليين كمكونات للرابط المركزي: C-Nap1 و rootletin. يقوم Nek2A kinase المرتبط بـ NIMA بفوسفوريلات هذه البروتينات الرابطة في أواخر G2 ، والتي تبدأ إزاحتها من الجسيمات المركزية. ينتج عن هذا بعد ذلك فصل الجسيمين المركزيين. يعكس C-Nap1 Nek2A في توطين الأطراف القريبة للمريكزات الأم (فراي وآخرون ، 1998). إنه بمثابة موقع لرسو السفن rootletin ، والذي يُعتقد أنه يربط جسديًا المريكتين الأم (Bahe et al. ، 2005). تمشيا مع هذه الفكرة ، يؤدي الإفراط في التعبير عن rootletin إلى تكوين ألياف واسعة النطاق ، قادرة على تجنيد بروتينات متفاعلة أخرى مثل Nek2A و C-Nap1. بالإضافة إلى ذلك ، يؤدي استنفاد C-Nap1 أو rootletin إلى فصل الجسيم المركزي المبكر بشكل مستقل عن مرحلة دورة الخلية (Faragher and Fry ، 2003). كيف يتم إزاحة C-Nap1 و rootletin من الجسيمات المركزية عند الفسفرة لا يزال يتعين تحديده. على أي حال ، فإن التحلل البروتيني لـ C-Nap1 و rootletin غير مطلوب لإزاحتهما وفصلهما اللاحق عن الجسيمات المركزية (Mayor et al. ، 2000).

في الآونة الأخيرة ، تم تحديد بروتينات مركزية إضافية قد تعمل كبروتينات رابط مركزي. تم تحديد Cep68 و Cep215 (CDK5RAP2) في شاشة siRNA كمكونات رابط مفترضة لأن إزالة أي من الجزيئين عزز الفصل المركزي المبكر. يتمركز Cep68 بين المريكزين ، بينما يحيط Cep215 المريكزات (Graser et al. ، 2007). إن فقدان Cep68 من الجسيمات المركزية عند الدخول الانقسامي للخلايا واعتماده على وجود بروتينات رابط أخرى للتجنيد في الجسيمات المركزية يتوافق بالتأكيد مع Cep68 باعتباره هدفًا لـ Nek2A. يفضل السلوك المختلف وتوطين Cep215 طريقة بديلة للتنظيم ، ربما مباشرة من خلال Plk1.

تشتهر β-Catenin بدورها كمستجيب لمسار إشارات Wnt (Dierick and Bejsovec ، 1999). كما تم ربطه بالحفاظ على السلامة المركزية. يتم الترجمة إلى المناطق القريبة والبعيدة للمريكزات والمنطقة الواقعة بين الجسيمات المركزية. بالإضافة إلى ذلك ، β-catenin عبارة عن ركيزة في المختبر وفي الجسم الحي من Nek2A. ومع ذلك ، فإن النمط الظاهري للنضوب الخاص به لا يعرض خصائص الفصل المركزي المبكر الذي يظهر عند استنفاد البروتينات الرابطة الأخرى. ومع ذلك ، يبدو أن توطين الكاتينين بيتا يتطلب rootletin و C-Nap1 ، على الرغم من أنه على عكس جزيئات الرابط الثابتة ، فإنه يفشل في الانفصال عن الجسيمات المركزية أثناء الانقسام (Bahmanyar et al. ، 2008).

وظيفة Nek2A وتنظيمها في المنبع

أما بالنسبة للكينازات الانقسامية الأخرى ، فليس من المستغرب أن تخضع مستويات البروتين ونشاط Nek2A لتنظيم يعتمد على دورة الخلية. تبلغ مستويات بروتين Nek2A ذروتها في المراحل المتأخرة من S و G2 متبوعة بتدهور بوساطة APC / C في الطور الأولي الذي يكتمل بحلول وقت انهيار الغلاف النووي (NEBD Hayes et al. ، 2006). لذلك تم اقتراح أن التغييرات اللاحقة في مستويات ونشاط Nek2A تصل إلى عتبة حرجة في الطور الأولي تكون عالية بما يكفي لحل الرابط المركزي (Hayes et al. ، 2006). بعد ذلك ، تحدى عدم وجود أي تأثير لاستنفاد الحمض النووي الريبي البسيط لـ Nek2A على تقدم دورة الخلية هذه الفكرة (Fletcher et al. ، 2004). ومع ذلك ، كشفت الدراسات الحديثة أن نشاط Nek2A يخضع لكل من التحكم الإيجابي والسلبي وأن المسار الموازي يمكن أن يحل محل فقدان Nek2A في انحلال الرابط المركزي (Pugacheva and Golemis، 2005 Mardin et al.، 2010، 2011 Matsuo et al. ، 2010).

يتم تنظيم النشاط الموضعي لـ Nek2A kinase تجاه ركائزه C-Nap1 و rootletin بواسطة مكونين لمسار Hippo: Mst2 kinase وبروتين السقالة hSav1 (Mardin et al. ، 2010). تقليديًا ، من المعروف أن بروتينات مسار Hippo تعمل في التحكم في النمو والاستماتة من خلال تنظيم توطين المنشطات النسخية YAP و TAZ (Edgar، 2006 Pan، 2010). ومع ذلك ، فإن الأدلة المتزايدة تدعم فكرة أن مكونات مسار فرس النهر يمكن أن تعمل بشكل مستقل عن دورها في المسار التقليدي (Yang et al.، 2004 Yabuta et al.، 2007 Chiba et al.، 2009 Hergovich et al.، 2009 Oh and Irvine، 2010) ، يعتبر التحكم في الازدواجية والفصل المركزي أمثلة رئيسية.

بصرف النظر عن بقية مسار Hippo ، يساهم شريط الإشارات Mst1 / Mob1 / NDR في التحكم في ازدواجية الجسيمات المركزية في الخلايا البشرية (Hergovich et al. ، 2007 ، 2009). بالإضافة إلى ذلك ، للتحكم في فصل الجسيم المركزي ، يساعد Mst2 kinase بواسطة بروتين السقالة hSav1 phosphorylates Nek2A kinase. هذه الفسفرة ضرورية لتشكيل مجمعات hSav1 - Nek2A - Mst2 واستهداف Nek2A الفسفوري إلى الجسيمات المركزية. يعد تراكم Nek2A في الجسيمات المركزية أمرًا بالغ الأهمية لفصل الجسيم المركزي لأن العيوب في هذه الخطوة تؤدي إلى انخفاض فسفرة C-Nap1 (ماردين وآخرون ، 2010).

ومن المثير للاهتمام ، أن التفاعل بين hSav1 و Mst2 و Nek2A يتم توسطه بواسطة نوع من مجال الملف الملفوف ، المعروف باسم مجال SARAH (لـ Sav / RASSF / Hpo) (Mardin et al. ، 2010). هذا المجال موجود في الطرف C المتطرف لمكونات مسار Hippo hSav1 و Mst1 / 2 و Rassf1 ويتوسط التفاعلات المتبادلة بين بروتينات مجال SARAH (Scheel and Hofmann ، 2003) من خلال تجانس متجانس وغير متغاير عبر مضاد من الرأس إلى الذيل. الترتيبات المتوازية لهيكل الملف الملفوف (Hwang et al. ، 2007). يشجع المجال الذي يشبه SARAH في الطرف C الأقصى لـ Nek2A ربط Nek2A بـ Mst2 و hSav1. هذه التفاعلات بوساطة مجال SARAH ضرورية لفصل الجسيم المركزي (ماردين وآخرون ، 2010).

يكون تنشيط Nek2A في الوقت المناسب في فصل الجسيم المركزي تحت السيطرة المباشرة لآلة دورة الخلية. عند الدخول الانقسامي ، تعمل كينازات Aurora A و Plk1 ، اللتان تشاركان في نضوج الجسيم المركزي ، على تعزيز الفصل المركزي عن طريق تحفيز الفسفرة وإزاحة البروتينات الرابطة في الجسيم المركزي (الشكل 3 ، بعد NEBD Mardin et al. ، 2011). ربما تكون الوظيفة الرئيسية لـ Aurora A في الفصل المركزي هي تنشيط نشاط كيناز لـ Plk1 (ماردين وآخرون ، 2011). يتوافق هذا مع الملاحظات السابقة التي أثبتت أن Aurora A ترفع نشاط Plk1 kinase عبر فسفرة T210 في الحلقة T (Macůrek et al. ، 2008 Seki et al. ، 2008). بدوره ، يرتبط Plk1 بـ Mst2 كيناز ويفسفه. هذه الفسفرة مهمة للتوسط في التفاعلات بين Nek2A و phosphatase PP1γ (Helps et al. ، 2000 Mi et al. ، 2007). في الجسم الحي PP1γ يعادي Nek2A عن طريق إزالة الفسفرة C-Nap1 بدلاً من إزالة الفسفرة Nek2A. لذلك ، يعد مستوى PP1γ المرتبط بـ Nek2A جانبًا مهمًا للتحكم في حالة الفسفرة في C-Nap1. يعدل ارتباط Mst2 بـ PP1γ-Nek2A هذا المستوى المتوازن جيدًا من الفسفرة. وتجدر الإشارة إلى أن تنظيم تقارب الربط عبر فسفرة Plk1 لـ ​​Mst2 هو الذي يحدد تفكك مجمعات Mst2 – Nek2A – PP1γ. ربما لا يشارك نشاط كيناز Mst2 في تنظيم ربط PP1γ بـ Nek2A (ماردين وآخرون ، 2011). وبالتالي ، فإن فسفرة Mst2 بواسطة Plk1 تؤدي إلى انخفاض في مستويات PP1γ في مجمع Mst2 – Nek2A – PP1γ. وبالتالي فإن كيناز Nek2A في الجسيمات المركزية قادر على فسفرة C-Nap1 بما يتجاوز العتبة الحرجة المطلوبة لتعزيز تفكك الرابط المركزي (ماردين وآخرون ، 2010).

على العكس من ذلك ، في الخلايا التي تفتقر إلى نشاط Plk1 أو التي تعبر عن طفرات Mst2 غير قابلة للفوسفور ، تزيد مستويات PP1γ في مركب Mst2 – Nek2A – PP1γ ، مما يؤدي إلى عكس فسفرة C-Nap1 بواسطة Nek2A وإلى كتلة في فصل الجسيم المركزي (Mardin et al. ، 2011). من المعروف جيدًا أن نشاط Plk1 يبلغ ذروته في G2 وفي الانقسام (Golsteyn et al. ، 1995). وبالتالي ، فمن المعقول أن يتحكم Plk1 في توازن الفسفرة / نزع الفسفرة لرابط الجسيمات المركزية وبالتالي يحدد توقيت فصل الجسيم المركزي.

قد يتم إبطال هذا التنظيم الإيجابي لمكونات مسار Hippo Nek2A من خلال التحكم السلبي بواسطة pericentrin (kendrin) وبروتين سقالة الالتصاق البؤري HEF1. لقد ثبت أن HEF1 يثبط تراكم Nek2A ونشاطه في الجسيمات المركزية (Pugacheva and Golemis ، 2005) ، بينما يعمل البيريسينترين كمثبط لنشاط كيناز Nek2A. على الدوام ، يتسبب استنفاد البريسنترين بوساطة سيرنا في فصل الجسيم المركزي المبكر في الطور البيني. كيف ينظم pericentrin السفلي نشاط Nek2A kinase غير معروف ومع ذلك ، اقترح المؤلفون آلية حيث يغير ارتباط pericentrin الهيكل العام للبروتين ، ويقلب بنية المجال التحفيزي لـ Nek2A إلى شكل مثبط (Matsuo et al. ، 2010). ومن المثير للاهتمام ، أن توطين pericentrin و Cep215 يعتمد أيضًا على Plk1 ، مما يشير إلى مستوى إضافي من التنظيم ، إما من خلال Nek2A أو عن طريق الفسفرة المباشرة لبعض البروتينات المشاركة في التماسك المركزي (Graser et al. ، 2007 Haren et al. ، 2009). عند النظر إليها معًا ، تُظهر هذه النتائج بوضوح أن التحكم الدقيق في توطين ونشاط كيناز Nek2A مهم للفصل في الوقت المناسب بين الجسيمين المركزيين في G2.

من المثير للدهشة أن استنفاد Nek2A لا يسبب عيوبًا كبيرة في تقدم دورة الخلية (Fletcher et al. ، 2004 بيانات غير منشورة). ومع ذلك ، في ظل الظروف التي يتم فيها تقليل النشاط الحركي لـ Eg5 ولكن لا يتم حظره تمامًا ، يصبح مسار hSav1 – Nek2A-Mst2 ضروريًا لتكوين المغزل ثنائي القطب (ماردين وآخرون ، 2010). يشير هذا إلى عملية من خطوتين لفصل الجسيم المركزي: الانحلال المعتمد على الفسفرة لرابط الجسيم المركزي عبر كينازات Mst2 – Nek2A والفصل المعتمد على القوة للجسيمات المركزية بواسطة نشاط Eg5 (تمت مناقشته بمزيد من التفصيل في القسم التالي).

تنظيم kinesin-5 للثدييات ، Eg5

بعد الفصل الأولي للجسيمات المركزية عن طريق إزاحة البروتينات الرابطة ، تعمل البروتينات الحركية من خلال نشاطها الانزلاقي المضاد الموازي على MTs لفصل الجسيمات المركزية جسديًا. Kinesin Eg5 هو مولد القوة الرئيسي الذي يدفع الفصل المركزي. ينتمي Eg5 إلى فصيلة kinesin-5 الفرعية من البروتينات الحركية ، والتي تكون متجانسة الترتيب ، بالإضافة إلى محركات موجهة نهاية (Sawin et al. ، 1992 Cole et al. ، 1994). يؤدي تثبيط Eg5 بواسطة مثبطات الجزيئات الصغيرة مثل monastrol أو استنفاد البروتين بواسطة siRNA إلى خلايا محاصرة قبل الطور مع مغازل أحادية القطب (Whitehead and Rattner، 1998 Kapoor et al.، 2000). ثبت جيدًا أنه بينما يتشتت في السيتوبلازم في الطور البيني ، يتراكم محرك Eg5 أولاً في أعمدة المغزل أثناء الطور ، وبعد ذلك يوجد على طول مغزل الطور الطوري (Sawin and Mitchison ، 1995). كيف يتم استهداف Eg5 لأعمدة المغزل هو سؤال طويل الأمد. في Xenopus يعتمد نقل مستخلصات البيض لـ Eg5 إلى القطبين على تفاعل مباشر بين Eg5 ومكونات ناقص مركب دينين / دايناكتين موجه للطرف النهائي (Uteng et al. ، 2008). ومع ذلك ، يبدو أن هذا ليس هو الحال في الخلايا البشرية ، حيث لا يؤثر استنفاد سلسلة داينين ​​الثقيلة على توطين الجسيمات المركزية لـ Eg5 (Tanenbaum et al. ، 2008).

تشير البيانات السابقة إلى أن Cdk1 يعزز الفصل المركزي عن طريق الفسفرة وتنشيط Eg5 في أقطاب المغزل (Blangy et al. ، 1995). هذا الفسفرة (Thr 926) مهم لربط Eg5 إلى MTs. ومع ذلك ، على الأقل في خلايا الدجاج DT40 Cdk1 ليس مطلوبًا في حد ذاته لإثراء Eg5 في الجسيمات المركزية (سميث وآخرون ، 2011). بدلاً من ذلك ، تجادل الأدلة المتزايدة بأن استهداف Eg5 لأقطاب المغزل في الخلايا البشرية يتطلب نشاط Plk1 (الشكل 3 ، بعد NEBD Bertran et al. ، 2011 Mardin et al. ، 2011 Smith et al. ، 2011). يمنع تثبيط Plk1 تراكم Eg5 في الجسيمات المركزية دون تغيير المستويات الخلوية للبروتين (ماردين وآخرون ، 2011). كيف ينظم Plk1 توطين Eg5 غير واضح حاليًا. من غير المحتمل وجود تنظيم مباشر يعتمد على الفسفرة لأن Plk1 غير قادر على فسفرة Eg5 في المختبر (سميث وآخرون ، 2011). بالإضافة إلى ذلك ، فشل تحليل الفسفور لـ Eg5 في الخلايا الانقسامية البشرية في تحديد مواقع إضافية بخلاف T926 (الفسفرة Cdk1) ، كما ورد سابقًا (Blangy et al. ، 1995) ، و S1033 (Nek6 kinase phosphorylation Rapley et al. ، 2008) .

الأهم من ذلك ، أن الاستهداف المنظم لـ Plk1 لـ ​​Eg5 للجسيم المركزي يتطلب هيكل خلوي سليم MT. في الخلايا المحتضنة بتركيزات منخفضة من عقار نوكودازول الذي يعمل على إزالة بلمرة MT ، فإن Eg5 المترجمة إلى بقايا MTs ، ومع ذلك ، في حالة الغياب التام للـ MTs ، لم يعد Eg5 مرتبطًا بالجسيمات المركزية (ماردين وآخرون ، 2011). قد يؤدي عدم وجود Plk1 إلى حبس Eg5 على MTs لمنع استهدافه اللاحق للأقطاب. بدلاً من ذلك ، نظرًا لأن تثبيط Plk1 يقلل من قدرة التنوي MT لأقطاب المغزل (Lane and Nigg ، 1996) ، فإن الكثافة المنخفضة للـ MTs في الجسيمات المركزية قد تؤثر بشكل غير مباشر على توطين Eg5.

يعد تنظيم Eg5 أكثر تعقيدًا ، حيث يساهم أفراد عائلة NIMA kinase أيضًا Nek9 و Nek6 و Nek7 في استهداف Eg5 إلى الجسيمات المركزية. يتراكم Nek9 النشط في الجسيمات المركزية في الانقسام الفتيلي والفوسفوريلات مباشرة Nek6 / Nek7 (Roig et al. ، 2002 ، 2005 Belham et al. ، 2003). من خلال إطلاق التشكل المثبط التلقائي لـ Nek6 / 7 ، ينشط Nek9 كلا الكينازات (Richards et al. ، 2009). ثم تتحكم كينازات Nek6 و Nek7 المنشطة بعد ذلك في التقدم الانقسامي وتساهم في تكوين المغزل ثنائي القطب (O’Regan and Fry ، 2009).

بيرتران وآخرون (2011) أظهر الآن أن سلسلة إشارات Nek9 / 6/7 تعمل في اتجاه مجرى Plk1 ولكن أعلى المنبع من Eg5 في فصل الجسيم المركزي. عندما تتم الفسفرة وتنشيطها بواسطة Plk1 ، يكون Nek9 بالاقتران مع Nek6 / Nek7 قادرًا على استهداف Eg5 إلى الجسيم المركزي. يقترح المؤلفون أن قدرة Nek6 على فسفوريلات Eg5 على Ser1033 هي المسؤولة عن الاستهداف بوساطة Plk1 لأقطاب المغزل. بشكل ثابت ، تفشل طفرات Eg5 التي تمنع هذا الفسفرة في التركيز في الجسيمات المركزية ، على الرغم من أن الآلية الكامنة وراء هذه الملاحظة لا تزال قائمة (Bertran et al. ، 2011).

ومن المثير للاهتمام ، أن الإفراط في التعبير عن Nek9 أو Nek6 يعزز الفصل المركزي المبكر في الخلايا البينية. بشكل ملحوظ ، هذا الفصل المركزي المبكر يختلف عن الفصل المركزي الناجم عن Nek2A لأنه يعتمد كليًا على القوى التي يوفرها Eg5. ستكشف التجارب الإضافية ما إذا كان Plk1 يستهدف Eg5 إلى الجسيمات المركزية عبر مسارين متميزين قبل NEBD وبعده ، كما هو موضح في الشكل 3 ، أو إذا استمر تنظيم Plk1 – Nek9 – Nek6 / 7 في الانقسام الفتيلي. قد يساعد تطوير مثبطات معينة تجاه إنزيمات Nek في حل هذه المشكلة.

القوى الإضافية التي تساهم في الفصل المركزي

بعد NEBD ، يتم إبطال نشاط Eg5 بواسطة ناقص دينين المحرك الموجه للطرف في الخلايا البشرية. يولد معقد الدينين / دايناكتين قوة داخلية ناقصة موجهة للطرف ، مما يعاكس تأثير Eg5 أثناء فصل الجسيم المركزي ، بحيث يؤدي الاختلال المتزامن لكل من أنشطة Eg5 و dynein إلى تكوين المغزل ثنائي القطب (Tanenbaum et al. ، 2008). على النقيض من ذلك ، قبل أن يتعاون NEBD dynein مع Eg5 في فصل الجسيم المركزي ، حيث يؤدي تثبيط كلا الجزيئين في هذه المرحلة من الانقسام إلى عيوب أكثر خطورة في فصل الجسيم المركزي من تثبيط أي من الجزيئين بمفرده (Tanenbaum et al. ، 2008). لذلك ، فإن فصل الجسيم المركزي قبل وبعد NEBD يكون مدفوعًا بعمليات متميزة (Tanenbaum and Medema ، 2010).

في الآونة الأخيرة ، تورطت kinetochores (KTs) في فصل الجسيم المركزي بعد NEBD (Toso et al. ، 2009). تساهم KTs في الفصل المركزي عن طريق تثبيت MTs لتشكيل ألياف K وتوليد قوة دفع خارجية على هذه الألياف K. تصبح هذه العملية ضرورية عندما يتم تعطيل Aurora A. ومع ذلك ، فإن القوات المستندة إلى KT ليست كافية للتغلب على عيوب الفصل المركزي الناشئة عن تثبيط Eg5. يقترح المؤلفون أن KTs تساهم في القوة الإجمالية التي تفصل الجسيمات المركزية عن طريق توليد تدفق قطبي MT.

كما تم اقتراح أن الهيكل الخلوي للأكتين يساهم في فصل الجسيم المركزي ، خاصة قبل NEBD (Whitehead وآخرون ، 1996 أوزبكوف وآخرون ، 2002 دبليو وانج وآخرون ، 2008). تفشل Centrosomes في الانفصال عندما يتم إزالة بلمرة F-actin بواسطة أدوية معينة ، على الرغم من أن الآلية الأساسية غير مفهومة جيدًا. في الآونة الأخيرة ، تبين أن إزالة بلمرة الأكتين تعكس فشل فصل الجسيم المركزي الناتج عن تثبيط Plk1 أثناء مرحلة G2 (سميث وآخرون ، 2011). كيف يساهم الأكتين في توليد القوة لفصل الجسيمات المركزية قبل NEBD غير واضح حاليًا ، ولكن من الممكن أن يكون بمثابة مصفوفة مستقرة يمكن للبروتينات الحركية المعتمدة على MT أن تمارس وظيفتها.

افاق المستقبل

على الرغم من هذا التقدم السريع الأخير في فهمنا للآليات الجزيئية لفصل المريكز / الجسيم المركزي ، لا يزال هناك الكثير لنتعلمه. بالنظر إلى الأهمية المركزية للفصل ومركب cohesin في فك الارتباط المركزي ، سيكون من الضروري التحقق مما يتبناه cohesin للحفاظ على تماسك المريكز. نتائج Schöckel et al. (2011) يثير إمكانية تماسك الحمض النووي المطوق ، ومع ذلك ، لا يوجد دليل حتى الآن على وجود الحمض النووي في الجسيمات المركزية ، في حين تم العثور على RNAs محددة في هذه العضية (Alliegro et al. ، 2006). سؤال مهم آخر يتعلق بالصلة المحتملة بين فك الارتباط المركزي وتجميع الرابط المركزي. ما هو أساس التعديل بوساطة Plk1 للمريكزات وما هي الركائز ذات الصلة لـ Plk1 كيناز؟ أظهر التحليل الدقيق للعلامات المركزية أن المريكزات المعدلة لـ Plk1 تتراكم C-Nap1 ، في حين ترتبط المريكزات غير المعدلة بـ hSas-6 (Wang et al. ، 2011). وبالتالي ، سيكون من المهم توضيح كيفية ارتباط تجميع الرابط المركزي بفك الارتباط المركزي.

أخيرًا ، أظهرت الدراسات الرائدة الحديثة للتجميع في المختبر للمريكزات وفك الارتباط المركزي (Kitagawa et al. ، 2011 Schöckel et al. ، 2011 van Breugel et al. ، 2011) أنه من الممكن إعادة تكوين جوانب من دورة الجسيم المركزي في المختبر. من المؤكد أن الأدوات البيولوجية للخلية المطورة حديثًا ، جنبًا إلى جنب مع مثل هذه التحليلات في المختبر ، ستستمر في تسليط الضوء على المجهول في بيولوجيا الجسيم المركزي.


المشاكل التطورية في علم الأحياء المركزي والجسيم المركزي

مراسلة: Laura Ross، Institute of Evolutionary Biology، School of Biological Sciences، University of Edinburgh، Edinburgh EH9 3FL، UK.

هاتف: +44 7942235922 فاكس: +44 1316505455 البريد الإلكتروني: [email protected]

قسم علم الأحياء وبرنامج الدراسات العليا في علم الأحياء العضوية والتطورية ، جامعة ماساتشوستس ، أمهيرست ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية

معهد علم الأحياء التطوري ، كلية العلوم البيولوجية ، جامعة إدنبرة ، إدنبرة ، المملكة المتحدة

مراسلة: Laura Ross، Institute of Evolutionary Biology، School of Biological Sciences، University of Edinburgh، Edinburgh EH9 3FL، UK.

هاتف: +44 7942235922 فاكس: +44 1316505455 البريد الإلكتروني: [email protected]

قسم علم الأحياء وبرنامج الدراسات العليا في علم الأحياء العضوية والتطورية ، جامعة ماساتشوستس ، أمهيرست ، ماساتشوستس ، الولايات المتحدة الأمريكية

الملخص

كانت الجسيمات المركزية لغزًا لعلماء الأحياء التطورية. إما أنها كانت موضوع تكهنات لا أساس لها أو تم تجاهلها. هنا ، نسلط الضوء على المفارقات التطورية ومشاكل التطور المركزي والجسيم المركزي ونسعى إلى فهمها في ضوء التطورات الحديثة في علم الأحياء المركزي. استندت معظم التفسيرات التطورية لتطور الجسيم المركزي على فرضية أن الجسيمات المركزية هي مكررات ، مستقلة عن النواة والسيتوبلازم. من الواضح الآن ، مع ذلك ، أن هذه الفرضية لا يمكن الدفاع عنها. بدلا من ذلك ، يتم تشكيل الجسيمات المركزية من جديد كل انقسام خلوي ، مع وجود مركز مركزي قديم ينظم ، ولكنه ليس ضروريًا ، لتجميع واحد جديد. Centrosomes هي مراكز الخلايا التي تنظم الأنابيب الدقيقة. يمكن أن تؤثر على الشخصيات الحسية والحركية (مثل الجسم الأساسي للأهداب) ، وكذلك حركات الكروموسومات أثناء انقسام الخلية. ومع ذلك ، لا يبدو هذا الدور الأخير ضروريًا ، إلا في الانقسام الاختزالي الذكري ، ولا تزال أسباب ذلك غير واضحة. على الرغم من غياب الجسيم المركزي في بعض الأصناف ، عندما يكون موجودًا ، يتم الحفاظ على هيكله بشكل غير عادي: في معظم الأصناف عبر حقيقيات النوى ، لا يبدو أنه يتطور على الإطلاق. ومع ذلك ، تظهر مجموعات قليلة من الحشرات تضخمًا مذهلاً للمريكزات. نناقش كيف يمكن أن يرتبط هذا بالجهاز التناسلي غير المعتاد الموجود في هذه الحشرات. أخيرًا ، نناقش سبب اختلاف مصير الجسيمات المركزية في الحيوانات المنوية والأجنة المبكرة بين مجموعات مختلفة من الحيوانات.


النسخ المتماثل Centriole

كما هو مذكور ، تتكاثر الجسيمات المركزية للخلايا خلال الطور البيني ، وهو الجزء الطويل نسبيًا من دورة الخلية بين الانقسامات الانقسامية. تكرار المريكزات في الجسيمات المركزية ليس بشكل كامل تحفظا، مما يعني أن المريكزات الابنة المتكونة ليسا متطابقين تمامًا ، كما يحدث في عملية محافظة. بدلا من ذلك ، المريكز النسخ المتماثل شبه محافظ.

بينما الآلية الدقيقة لتكرار الجسيم المركزي خلال المرحلة S (مرحلة التوليف) من الطور البيني للخلية لم يتم فهمه تمامًا ، فقد أدرك العلماء أنه عندما ينقسم المريكز ، يحتفظ أحد المريكزات الناتجة بخصائص "الأم" ويمكن أن تولد الأنابيب الدقيقة التشغيلية.

هذا المريكز له خصائص "شبيهة بالخلايا الجذعية" ، بينما الآخر ، "الابنة" ، يصبح متمايزًا تمامًا. كل خلية فاصلة لها زوج واحد من الأم وابنتها في كل قطب ، لذلك كل خلية ابنة جديدة ، كما قد تتوقع ، تحتوي على مريكز أم واحد ومريكز ابنة واحدة في كل زوج. خلال الطور البيني الذي يليه قريبًا ، سينقسم هذا المريكز ليخلق مرة أخرى أزواج مريكز الأم وابنتها.

المريكزات في الهياكل المتباينة: تصبح الفروق الدقيقة في الوظيفة بين المريكزات ذات الزاوية اليمنى في كل زوج واضحة عندما ، على سبيل المثال ، يصبح المريكز الأم مرتبطًا بالجزء الداخلي من غشاء البلازما للخلية لتشكيل بنية تسمى جسم أساسي. عادة ما يكون هذا الجسم جزءًا من cilium ، أو امتداد متعدد الأنابيب الدقيقة يشبه الشعر ، وهو ليس متحركًا ، ولا يتحرك.

بعض أهداب (صيغة الجمع "cilium") الأسواط (المفرد "السوط") الذي يتحرك ، وغالبًا ما يدفع الخلايا بأكملها على طول بينما في حالات أخرى تعمل كمكانس مصغرة من النوع الذي يزيل الحطام من منطقة السوط.

في حين أن علماء الأحياء لديهم الكثير لتعلمه عن الديناميكيات الدقيقة للجسيمات المركزية ، فإن السرطان يوفر نافذة على الخطأ الذي يحدث في الجسيمات المركزية في حالات الانقسام الخلوي غير الطبيعي. لاحظ الباحثون ، على سبيل المثال ، ذلك غالبًا ما تحتوي الخلايا السرطانية على أعداد غير عادية من الجسيمات المركزية بدلاً من الدواء أو العقارين المتوقعين ، فإن بعض الأدوية المضادة للسرطان (على سبيل المثال ، تاكسول وفينكريستين) تمارس تأثيرها عن طريق التدخل في تجميع الأنابيب الدقيقة.


بيولوجيا الجينات المركزية وعدم الاستقرار الجيني

بينما يشارك المريكز في تجنيد البروتينات التي تشكل PCM ، فإن هذا الأخير سيحمل خاصية النوى وترسيخ الأنابيب الدقيقة (MTs). بفضل هذه السعة ، يمكن للجسيمات المركزية تنظيم العديد من العمليات أثناء الطور البيني والانقسام. أثناء الطور البيني ، تؤثر على شكل الخلية ، والحركة ، والقطبية ، والنقل داخل الخلايا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يعمل المريكزان الأكبر سنًا أيضًا كجسم قاعدي يبذر نمو الأهداب أو الأسواط. أثناء الانقسام ، فإنها تساهم في تكوين وتوجيه المغزل الانقسامي. لذلك ، يتم تنظيم عدد الجسيمات المركزية لكل خلية بإحكام ، وفي الظروف العادية يوجد واحد أو اثنين من الجسيمات المركزية اعتمادًا على مرحلة دورة الخلية. تعديلات الجسيم المركزي (في العدد و / أو الهيكل) من المعروف أنها تعرض للخطر العديد من العمليات الخلوية وترتبط بالعديد من الاضطرابات البشرية. يستخدم العمل في مختبرنا أ مجموعة متنوعة من أنظمة النماذج للتحقيق في وظيفة الجسيم المركزي في التنمية والمرض.

في الخلايا الجذعية العصبية (NSCs) ، يعرض المركزان سلوكًا غير متماثل ومحتوى PCM غير متماثل وتنوي MT أثناء الطور البيني. عدم تناسق الجسيم المركزي قد تورط في انقسامات الخلايا غير المتماثلة. يسمح وضع الجسيم المركزي بالمحاذاة الدقيقة للمغزل الانقسامي على طول محور القطبية. هذا يساهم في الفصل الصحيح المحدد لمصير الخلية وتصحيح موضع الخلية الابنة داخل الأنسجة. نحن ندرس حاليًا كيف يمكن أن تؤدي العيوب في التكوين الحيوي للجسيم المركزي إلى عيوب عدم تناسق الجسيم المركزي.

تحتوي الخلايا عادة على جينوم ثنائي الصيغة الصبغية وثنائي الصبغيات ، يتكون من نسختين من كل كروموسومات. لضمان النقل المناسب للمادة الجينية ، يلزم تكرار الحمض النووي عالي الدقة والانقسام. يشار إلى الاختلافات في الوضع العادي باسم اختلال الصيغة الصبغية (اكتساب أو فقدان الكروموسومات الكاملة) و تعدد الصبغيات (اكتساب مجموعات متعددة من الكروموسومات). تعد التغيرات غير الفسيولوجية في عدد الكروموسومات من العوامل الراسخة في حدوث الاضطرابات البشرية: فهي مسؤولة عن نسبة عالية من حالات الإجهاض ومجموعة من الأمراض بما في ذلك متلازمة داون واضطرابات النمو والسرطان.

في مختبرنا ، نحن مهتمون بالآليات التي تلعب دورًا في حدوث اختلال الصيغة الصبغية وتعدد الصبغيات في خلايا الدورة. في الجسم الحي. النمط النووي لـ ذبابة الفاكهة يتكون من أربع نسخ فقط من الكروموسومات ، مما يجعله نموذجًا مناسبًا جدًا لدراسة عيوب عدد الكروموسومات. من خلال استخدام مزيج من علم الوراثة والتثبيت والتصوير الحي وبيولوجيا الخلية وتقنيات البيولوجيا الجزيئية ، فإننا نستكشف عواقب تعدد الصبغيات في الدماغ والأنسجة الظهارية في ذبابة الفاكهة.

فك رموز مكان الاختلالات المركزية في مسببات الاضطرابات البشرية هو مجال نشط للتحقيقات البحثية الأساسية وأحد اهتماماتنا الرئيسية. لمعالجة هذا السؤال ، ركزنا اهتمامنا على تضخيم الجسيم المركزي، خلل وظيفي يتميز بوجود الجسيمات المركزية الزائدة ، ويوصف في البداية بأنه سمة رئيسية للسرطان فقط. لقد أنشأنا نموذجًا للماوس حيث يتم تشغيل تضخيم الجسيم المركزي بطريقة مشروطة في أي نسيج أو مرحلة من الاهتمام.

لقد أظهرنا أن وجود الجسيمات المركزية الإضافية في تكاثر الخلايا الجذعية العصبية الجنينية كافٍ لإعاقة نمو الدماغ ويبلغ ذروته في صغر الرأس (أدمغة صغيرة) عند الولادة. وجدنا أن تضخيم الجسيم المركزي يؤدي إلى حدوث عيوب انقسامية وتوليد ذرية بنمط نووي غير طبيعي (اختلال الصيغة الصبغية) غير قادر على البقاء في سياق نمو الدماغ. علاوة على ذلك ، أظهرنا أن القضاء على الخلايا المختلة الصيغة الصبغية يعتمد على نشاط ص 53. مكنتنا هذه الدراسة من اقتراح العيوب الانقسامية واختلال الصيغة الصبغية وموت الخلايا الناتج كمسبب جديد لصغر الرأس المتنحي الأساسي البشري (MCPH). كثيرًا ما توجد طفرات الجسيم المركزي في عائلات MCPH والسبب الذي يجعل دماغ الثدييات عرضة لطفرات الجسيم المركزي هو مجال نشط للبحث في مختبرنا.

بالتعاون مع مستشفى معهد كوري ، نحقق حاليًا في أصل ونتائج تشوهات الجسيم المركزي في سرطانات المبيض الظهارية (EOC). يعد سرطان المبيض خامس أكثر أسباب الوفاة شيوعًا بين النساء في العالم الغربي بسبب سوء التشخيص المرتبط بالاكتشاف المتأخر. غالبًا ما ترتبط الطفرات في p53 و BRCA1 وعدم استقرار الكروموسومات بتطور ورم المبيض ، ولكن لا يُعرف سوى القليل عن تنظيم الهيكل الخلوي في هذا النوع من الأورام. نحن نهدف إلى تحديد مشاركة العمليات ذات الصلة بالـ MT في تطور سرطان المبيض لفهم مساهمة الجسيمات المركزية والهيكل الخلوي MT في إنشاء سرطان المبيض وتطوره.


تتلاشى Centrioles في الانقسام الاختزالي

بيمنتا ماركيز وآخرون. اكتشفت ، على الأرجح ، آلية وراء اختفاء المريكزات في الأمشاج الأنثوية أثناء الانقسام الانتصافي [1]. أدرك الباحثون هذا الحدث لأول مرة في أوائل الثلاثينيات ، لكن القوة الدافعة وراء الاختفاء ظلت مجهولة ، وكذلك التأثيرات على المريكزات التي استمرت من خلال الانقسام الانتصافي.

بعد تقسيم عملية تكوين البويضات إلى ثلاث مراحل ، بيمنتا ماركيز وآخرون. حدد المراحل والطريقة التي بدأ فيها المريكزات بالاختفاء من تطوير البويضات ذبابة الفاكهة سوداء البطن. بدلاً من اختفاء المريكزات الكاملة ، انخفضت بعض مكونات الهياكل طوال المراحل المتوسطة إلى المتأخرة. ANA1 ، بروتين خاص بالمريكز وعلامة سنتريول مستقرة ، يتركز بالقرب من النواة خلال المراحل المتأخرة ، مما يشير إلى وجود المريكزات عند تلك النقطة. ومع ذلك ، لم يحدد المحققون أي أثر للمريكزات في المغزل الانتصافي بمجرد أن بدأ الغلاف النووي في الانهيار. يغير هذا الاكتشاف فهمنا السابق للاختفاء المركزي من خلال تحديد وجودهم في مراحل لاحقة من تكوين البويضات.

قام الباحثون باختبار مكونات إضافية لمصفوفة البروتين المريكزية والمحمولة (PCM) لتحديد توقيت الانهيار الدقيق. يشتمل SAS6 و BLD10 / CEP135 على بنية عجلة العربة للمريكز بينما تم العثور على SAS6 خلال المراحل المتأخرة من تكوين البويضات (على غرار ANA1) ، بدأت البويضات مع BLD10 في الانخفاض ، مما يشير إلى أن المريكزات تقوم في الواقع بتفكيك قطعة قطعة بدلاً من ككل. بنية. بشكل مقارن ، أظهرت مكونات PCM مثل γ-tubulin (عامل نواة الأنابيب الدقيقة) و SPD2 / CEP192 (مجند γ-tubulin) و SAS4 / CPAP (المكون المركزي الذي يجند PCM) فقدًا أو نقصانًا في وقت مبكر مثل المراحل المتوسطة ، مع زيادة كبيرة. ينخفض ​​في المراحل المتأخرة. بالنظر إلى هذا ، بيمنتا ماركيز وآخرون. كانوا قادرين على تضييق نافذة تحلل المريكز إلى مراحل متأخرة محددة 11-13 عن طريق حساب وجود ANA1. حدث القضاء التام على المريكزات في المرحلة المتأخرة 14.

تثبت هذه النتيجة أن المريكزات لا يتم زعزعتها بشكل فعال إلا عندما تختفي جميع مكونات PCM. يقيد منظم PCM ، Polo-like kinase 1 (Polo) ، الانقسام الاختزالي إلى البويضة في المراحل المبكرة ويؤدي إلى انهيار الغلاف النووي. ظهر هذا المنظم في 89 ٪ من بويضات المرحلة المبكرة ، لكن هذا الرقم انخفض في البويضات من منتصف إلى أواخر المرحلة ، بالتزامن مع تدهور PCM.

عندما تم الإفراط في التعبير عن Polo وربطه بشكل مصطنع بالمريكزات من قبل أخصائي تقويم العظام ، أظهر 90 ٪ من البويضات استمرار وجود المريكزات خلال المراحل المتأخرة من البويضات الضابطة أظهرت مستويات دنيا من علامات المريكز. المريكزات المحفوظة تتفاعل مع المغزل وتعطل التنظيم الانتصافي. من المثير للدهشة أن البيض يبدو أنه يتطور بشكل طبيعي ، ولكن 1٪ فقط من هذه البيض تفقس فعليًا مقارنة بمعدل فقس 75٪ للضوابط ، مما يشير إلى ارتفاع معدلات نمو الأجنة الشاذة.

تربط هذه الدراسة احتباس المريكز من خلال الانقسامات الانقسامية والانقسامية في الجنين بعقم الإناث ، وتقدم تفسيرات محتملة وراء وفيات الأجنة في وقت مبكر. بالإضافة إلى ذلك ، تتحدى هذه الدراسة مفهوم المريكزات باعتبارها هياكل مستقرة بطبيعتها من خلال توضيحها لكل من عدم استقرار المريكزات الأمومية وضرورة هذا الاختفاء من أجل التطور الجنيني السليم.


الازدواجية المركزية وتضخيم الجسيم المركزي

على مدى السنوات العشر الماضية ، كانت الشاشات الجينية أساسية في تحديد بروتينات الازدواج المركزي (Bettencourt-Dias et al. ، 2004 Delattre et al. ، 2006 Delattre et al. ، 2004 Dobbelaere et al. ، 2008 Goshima et al. ، 2007 Kemp et al.، 2004 Kirkham et al.، 2003 Leidel et al.، 2005 Leidel and Gönczy، 2003 O'Connell، 2002 O'Connell et al.، 2000 Pelletier et al.، 2006 Pelletier et al.، 2004) (الجدول 1). تم التعرف على كيناز 4 الشبيه بالبولو (PLK4) كمنظم رئيسي لتكرار المريكز. ينتج عن فقدان الوظيفة PLK4 عيوب ازدواج المريكز (Bettencourt-Dias et al. ، 2005 Habedanck et al. ، 2005) ، بينما يؤدي الإفراط في التعبير عن PLK4 إلى تكوين مريكزات ابنة متعددة بجوار المريكز الأم في دورة خلية واحدة (هابيدانك وآخرون ، 2005 Kleylein-Sohn et al. ، 2007). وبالتالي ، يجب تنظيم مستويات PLK4 بإحكام في خلية طبيعية لتقييد حدوث عملية الازدواج مرة واحدة فقط خلال كل دورة خلية وعلى مركز ابنة واحد لكل أم.

تشارك بروتينات الجسيم المركزي في الحفاظ على سلامة القطب المركزي أو عمود الدوران

بروتينات الجسيم المركزي الوظيفة المركزية تدهور دورة الخلية الأنماط الظاهرية عند اكتساب أو فقدان الوظيفة والأمراض ذات الصلة
aPLK4 / SAK شارك Kinase في تنظيم ازدواج المركز (Bettencourt-Dias et al. ، 2005 Habedanck et al. ، 2005). SCF التأسيسي βTrCP E3 ubiquitin ligase المعتمد على تحلل البروتوزوم (Cunha-Ferreira et al. ، 2009 Guderian et al. ، 2010 Rogers et al. ، 2009). (Guderian et al.، 2010 Holland et al.، 2010 Sillibourne et al.، 2010). استقرار في الانقسام الخيطي ينظمه PP2A (Brownlee et al. ، 2011). تضخيم الجسيم المركزي عند الإفراط في التعبير (Kleylein-Sohn et al. ، 2007 Habedanck et al. ، 2005 Bettencourt-Dias et al. ، 2005 Peel et al. ، 2007 Rodrigues-Martins et al. ، 2007a). يمكن أن يؤدي الإفراط في التعبير عن PLK4 إلى تشكيل de novo centriole غير المخصب ذبابة الفاكهة البيض (Peel et al.، 2007 Rodrigues-Martins et al.، 2007a). في غياب PLK4 ، يفشل المريكزون في التكرار (Habedanck et al. ، 2005 Bettencourt-Dias et al. ، 2005).
aSAS6 البروتين المطلوب في المراحل المبكرة من ازدواج المريكز (Leidel et al. ، 2005). وتشارك في إنشاء تناظر العجلة الكارتونية ذي 9 أضعاف للوصلة (Kitagawa et al. ، 2011 van Breugel et al. ، 2011). APC Cdh1 و SCF FBXW5 E3 ubiquitin ligase المعتمد على التحلل البروتيازومي (Puklowski et al. ، 2011 Strnad et al. ، 2007). تضخيم الجسيم المركزي عند الإفراط في التعبير (Peel et al. ، 2007 Rodrigues-Martins et al. ، 2007b). يمكن أن يؤدي الإفراط في التعبير عن SAS6 إلى تشكيل de novo centriole غير المخصب ذبابة الفاكهة البيض (Peel et al. ، 2007 Rodrigues-Martins et al. ، 2007b). في غياب SAS6 ، يفشل المريكزون في التكرار (Leidel et al. ، 2005 Strnad et al. ، 2007 Strnad et al. ، 2007).
aSAS5 / Ana2 / STIL البروتين المطلوب في المراحل المبكرة من الازدواجية المركزية (Delattre et al.، 2004 Dobbelaere et al.، 2008 Goshima et al.، 2007). تم تحديده على أنه SAS6 (Leidel et al. ، 2005) وشريك ربط CPAP (Tang et al. ، 2011 Arquint et al. ، 2012 Vulprecht et al. ، 2012). APC cdc20-Cdh1 - تدهور البروتوزوم المعتمد عند الخروج الانقسامي (Arquint C et al. ، 2012). تضخيم الجسيم المركزي عند الإفراط في التعبير في الخلايا الفقارية و ذبابة الفاكهة الخلايا المنوية (Tang et al. ، 2011 Stevens et al. ، 2010). يمكن أن يؤدي الإفراط في التعبير عن Ana2 إلى تشكيل de novo centriole غير المخصب ذبابة الفاكهة بيض. في غياب STIL ، يفشل المريكزون في التكرار. تسبب طفرات فقدان الوظيفة صغر الرأس الأولي (MCPH7) (كومار وآخرون ، 2009).
aASL / CEP152 بروتين Centriole المطلوب للنسخ المركزي (Blachon et al. ، 2008) وتوظيف PCM (Varmark et al. ، 2007) المشاركة في توظيف PLK4 و SAS6 و SAS4 (Cizmecioglu et al.، 2010 Dzhindzhev et al.، 2010 Hatch et آل ، 2010). NK تضخيم الجسيم المركزي المعتمد على PLK4 عند الإفراط في التعبير (Cizmecioglu et al. ، 2010 Dzhindzhev et al. ، 2010 Hatch et al. ، 2010). يمكن أن يؤدي الإفراط في التعبير عن ASL إلى تشكيل de novo centriole غير المخصب ذبابة الفاكهة البيض (Stevens et al. ، 2010 Dzhindzhev et al. ، 2010). في غياب ASL ، يفشل المريكسون في التكرار (Blachon et al. ، 2008). تسبب طفرات فقدان الوظيفة صغر الرأس الأولي (MCPH4) (غيرنسي وآخرون ، 2010).
(ب) SAS4 / CPAP بروتين Centriole المطلوب لدمج الأنابيب الدقيقة بعد تجميع procentriole (Pelletier et al. ، 2006) المحدد أصلاً في جيم الرجلين (كيرخام وآخرون ، 2003 لايدل وجونزي ، 2003). APC Cdh1 - تدهور البروتياز المعتمد على الخروج الانقسامي (Tang et al. ، 2009). يتسبب الإفراط في التعبير في إطالة غير طبيعية للبروسنتريول الوليدة (كولماير وآخرون ، 2009 شميدت وآخرون ، 2009 تانغ وآخرون ، 2009). في غياب SAS4 ، يفشل المريكزون في التكرار (Kirkham et al.، 2003 Leidel and Gonczy، 2003 Basto et al.، 2006 Kohlmaier et al.، 2009 Tang et al.، 2009). تسبب طفرات فقدان الوظيفة صغر الرأس الأولي (MCPH6) (Bond et al. ، 2005).
ب CP110 توطين حتى النهاية البعيدة للوكيل (Chen et al. ، 2002 Kleylein-Sohn et al. ، 2007 Schmidt et al. ، 2009). SCF CyclinF - التحلل البروتيني المعتمد على (D'Angiolella et al. ، 2010). تشارك في التحكم في طول المريكز (Schmidt et al. ، 2009 Spektor et al. ، 2007).
ج CEP63 بروتين سنتريول. شارك في تجنيد Cep152 للمريكز الأم (السير وآخرون ، 2011). NK مطلوب للحفاظ على تماسك الجسيم المركزي (Sir et al. ، 2011). تسبب طفرات فقدان الوظيفة صغر الرأس الأولي وتأخر النمو (Sir et al. ، 2011).
ج CNN / CDK5Rap2 بروتين PCM (Megraw et al. ، 2001). تشارك في تماسك الجسيم المركزي والرسو لأقطاب المغزل الانقسامي (Barr et al. ، 2010 Barrera et al. ، 2010 Buchman et al. ، 2010 Lucas and Raff ، 2007). NK تتسبب الطفرات في الجينات التي تشفر CNN أو CDK5RAP2 في فقدان سلامة عمود المغزل ، وبالتالي تكوين مغازل متعددة الأقطاب (Barr et al. ، 2010 Barrera et al. ، 2010). بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي الطفرات في الجين المشفر CDK5RAP2 في الفئران أيضًا إلى تضخيم المريكز بسبب فقدان تماسك المريكز. تسبب طفرات فقدان الوظيفة صغر الرأس الأولي (MCPH3) (Bond et al. ، 2005).
ج PCNT / PLP PCM (Zimmerman et al. ، 2004) والبروتين المرتبط بالمركبة في ذبابة الفاكهة (مارتينيز كامبوس وآخرون ، 2004). مطلوب للحفاظ على سلامة أقطاب المغزل الانقسامي (Rauch et al. ، 2008). NK المغازل الانقسامية غير المنظمة عند النضوب (Zimmerman et al. ، 2004) والعيوب في تجميع الأهداب الأولية (Jurczyk et al. ، 2004). في ذبابة الفاكهة، الطفرات في ترميز الجينات PLP تؤثر على تجنيد PCM والتكوين الهدبي (Martinez-Campos et al. ، 2004). تسبب طفرات فقدان الوظيفة التقزم البدائي / MOPDII (Rauch et al. ، 2008).
بروتينات الجينوزوم الوظيفة المركزية تدهور دورة الخلية الأنماط الظاهرية عند اكتساب أو فقدان الوظيفة والأمراض ذات الصلة
aPLK4 / SAK شارك Kinase في تنظيم ازدواج المركز (Bettencourt-Dias et al. ، 2005 Habedanck et al. ، 2005). SCF التأسيسي βTrCP E3 ubiquitin ligase المعتمد على تحلل البروتوزوم (Cunha-Ferreira et al. ، 2009 Guderian et al. ، 2010 Rogers et al. ، 2009). (Guderian et al.، 2010 Holland et al.، 2010 Sillibourne et al.، 2010). استقرار في الانقسام الخيطي ينظمه PP2A (Brownlee et al. ، 2011). تضخيم الجسيم المركزي عند الإفراط في التعبير (Kleylein-Sohn et al. ، 2007 Habedanck et al. ، 2005 Bettencourt-Dias et al. ، 2005 Peel et al. ، 2007 Rodrigues-Martins et al. ، 2007a). يمكن أن يؤدي الإفراط في التعبير عن PLK4 إلى تشكيل de novo centriole غير المخصب ذبابة الفاكهة البيض (Peel et al.، 2007 Rodrigues-Martins et al.، 2007a). في غياب PLK4 ، يفشل المريكزون في التكرار (Habedanck et al. ، 2005 Bettencourt-Dias et al. ، 2005).
aSAS6 البروتين المطلوب في المراحل المبكرة من ازدواج المريكز (Leidel et al. ، 2005). وتشارك في إنشاء تناظر عجلة العجلة 9 أضعاف للوصلة (Kitagawa et al. ، 2011 van Breugel et al. ، 2011). APC Cdh1 و SCF FBXW5 E3 ubiquitin ligase المعتمد على التحلل البروتيازومي (Puklowski et al. ، 2011 Strnad et al. ، 2007). تضخيم الجسيم المركزي عند الإفراط في التعبير (Peel et al. ، 2007 Rodrigues-Martins et al. ، 2007b). يمكن أن يؤدي الإفراط في التعبير عن SAS6 إلى تشكيل de novo centriole غير المخصب ذبابة الفاكهة البيض (Peel et al.، 2007 Rodrigues-Martins et al.، 2007b). في غياب SAS6 ، يفشل المريكسون في التكرار (Leidel et al. ، 2005 Strnad et al. ، 2007 Strnad et al. ، 2007).
aSAS5 / Ana2 / STIL البروتين المطلوب في المراحل المبكرة من الازدواج المركزي (Delattre et al.، 2004 Dobbelaere et al.، 2008 Goshima et al.، 2007).تم تحديده على أنه SAS6 (Leidel et al. ، 2005) وشريك ربط CPAP (Tang et al. ، 2011 Arquint et al. ، 2012 Vulprecht et al. ، 2012). APC cdc20-Cdh1 - تدهور البروتوزوم المعتمد عند الخروج الانقسامي (Arquint C et al. ، 2012). تضخيم الجسيم المركزي عند الإفراط في التعبير في الخلايا الفقارية و ذبابة الفاكهة الخلايا المنوية (Tang et al. ، 2011 Stevens et al. ، 2010). يمكن أن يؤدي الإفراط في التعبير عن Ana2 إلى تشكيل de novo centriole غير المخصب ذبابة الفاكهة بيض. في غياب STIL ، يفشل المريكزون في التكرار. تسبب طفرات فقدان الوظيفة صغر الرأس الأولي (MCPH7) (كومار وآخرون ، 2009).
aASL / CEP152 بروتين Centriole المطلوب للنسخ المركزي (Blachon et al. ، 2008) وتوظيف PCM (Varmark et al. ، 2007) المشاركة في توظيف PLK4 و SAS6 و SAS4 (Cizmecioglu et al.، 2010 Dzhindzhev et al.، 2010 Hatch et آل ، 2010). NK تضخيم الجسيم المركزي المعتمد على PLK4 عند الإفراط في التعبير (Cizmecioglu et al. ، 2010 Dzhindzhev et al. ، 2010 Hatch et al. ، 2010). يمكن أن يؤدي الإفراط في التعبير عن ASL إلى تشكيل de novo centriole غير المخصب ذبابة الفاكهة البيض (Stevens et al. ، 2010 Dzhindzhev et al. ، 2010). في غياب ASL ، يفشل المريكسون في التكرار (Blachon et al. ، 2008). تسبب طفرات فقدان الوظيفة صغر الرأس الأولي (MCPH4) (غيرنسي وآخرون ، 2010).
(ب) SAS4 / CPAP بروتين Centriole المطلوب لدمج الأنابيب الدقيقة بعد تجميع procentriole (Pelletier et al. ، 2006) المحدد أصلاً في جيم الرجلين (كيرخام وآخرون ، 2003 لايدل وجونزي ، 2003). APC Cdh1 - تدهور البروتياز المعتمد على الخروج الانقسامي (Tang et al. ، 2009). يتسبب الإفراط في التعبير في إطالة غير طبيعية للبروسنتريول الوليدة (كولماير وآخرون ، 2009 شميدت وآخرون ، 2009 تانغ وآخرون ، 2009). في غياب SAS4 ، يفشل المريكزون في التكرار (Kirkham et al.، 2003 Leidel and Gonczy، 2003 Basto et al.، 2006 Kohlmaier et al.، 2009 Tang et al.، 2009). تسبب طفرات فقدان الوظيفة صغر الرأس الأولي (MCPH6) (Bond et al. ، 2005).
ب CP110 توطين حتى النهاية البعيدة للوكيل (Chen et al. ، 2002 Kleylein-Sohn et al. ، 2007 Schmidt et al. ، 2009). SCF CyclinF - التحلل البروتيني المعتمد على (D'Angiolella et al. ، 2010). تشارك في التحكم في طول المريكز (Schmidt et al. ، 2009 Spektor et al. ، 2007).
ج CEP63 بروتين سنتريول. شارك في تجنيد Cep152 للمريكز الأم (السير وآخرون ، 2011). NK مطلوب للحفاظ على تماسك الجسيم المركزي (Sir et al. ، 2011). تسبب طفرات فقدان الوظيفة صغر الرأس الأولي وتأخر النمو (Sir et al. ، 2011).
ج CNN / CDK5Rap2 بروتين PCM (Megraw et al. ، 2001). تشارك في تماسك الجسيم المركزي والرسو لأقطاب المغزل الانقسامي (Barr et al. ، 2010 Barrera et al. ، 2010 Buchman et al. ، 2010 Lucas and Raff ، 2007). NK تتسبب الطفرات في الجينات التي تشفر CNN أو CDK5RAP2 في فقدان سلامة عمود المغزل ، وبالتالي تكوين مغازل متعددة الأقطاب (Barr et al. ، 2010 Barrera et al. ، 2010). بالإضافة إلى ذلك ، تؤدي الطفرات في الجين المشفر CDK5RAP2 في الفئران أيضًا إلى تضخيم المريكز بسبب فقدان تماسك المريكز. تسبب طفرات فقدان الوظيفة صغر الرأس الأولي (MCPH3) (Bond et al. ، 2005).
ج PCNT / PLP PCM (Zimmerman et al. ، 2004) والبروتين المرتبط بالمركبة في ذبابة الفاكهة (مارتينيز كامبوس وآخرون ، 2004). مطلوب للحفاظ على سلامة أقطاب المغزل الانقسامي (Rauch et al. ، 2008). NK المغازل الانقسامية غير المنظمة عند النضوب (Zimmerman et al. ، 2004) والعيوب في تجميع الأهداب الأولية (Jurczyk et al. ، 2004). في ذبابة الفاكهة، الطفرات في ترميز الجينات PLP تؤثر على تجنيد PCM والتكوين الهدبي (Martinez-Campos et al. ، 2004). تسبب طفرات فقدان الوظيفة التقزم البدائي / MOPDII (Rauch et al. ، 2008).

البروتينات المركزية ، والتي عند الإفراط في التعبير عنها تسبب تضخيم الجسيم المركزي b البروتينات المركزية المتورطة في تحديد طول بروتينات البروسينتريول ج التي تحافظ على سلامة أقطاب المغزل الانقسامي من خلال الحفاظ على تماسك الجسيم المركزي و / أو الارتباط بالأقطاب. يتم إعطاء الأسماء المختلفة للمتماثلات الوظيفية في الأنواع المختلفة لكل بروتين. NK ، غير معروف.

ليس من المستغرب ، بنفس الطريقة كما في الأعاصير ، بروتينات دورة الخلية الكلاسيكية ، تتقلب مستويات بروتينات مضاعفة المريكز طوال دورة الخلية ويتم التحكم فيها عن طريق تحلل البروتين (الجدول 1). تكشف الرؤى الحديثة حول الآليات التي تتحكم في استقرار PLK4 أن تدهوره بواسطة البروتيازوم ينظمه E3 ubiquitin ligase ، مجمع Skp1 - Cul1 - F-box (SCF) SCF βTrCP (مركب SCF يحتوي على βTrCP مثل F-box البروتين) (Cunha-Ferreira et al. ، 2009 Guderian et al. ، 2010 Holland et al. ، 2010 Rogers et al. ، 2009 Sillibourne et al. ، 2010). ومن المثير للاهتمام ، أن PLK4 يتحكم في استقراره من خلال تعزيز الفسفرة التلقائية لمتبقيين داخل βTrCP phosphorylation degron (Guderian et al. ، 2010). علاوة على ذلك ، فقد تم مؤخرًا اقتراح أن توائم الفوسفاتيز PP2A (PP2A PR55 في الثدييات) لهما دور مهم في مواجهة الفسفرة التلقائية لـ PLK4 داخل مربع درجة حرارة βTrCP (Brownlee et al. ، 2011). تشير هذه النتائج إلى أن PLK4 يجب أن يكون نشطًا في غضون فترة زمنية قصيرة ، والتي يجب تنظيمها بدقة لضمان تراكم PLK4 النشط في الوقت المناسب.

في ذبابة الفاكهة سوداء البطن، يكشف تحليل الإفراط في التعبير عن بروتينات مضاعفة المريكزات أن تأثيرها خاص بالأنسجة. في حين أن SAK (متماثل الذبابة لـ PLK4) و SAS6 يقودان بكفاءة تضخيم الجسيم المركزي في الأجنة وخلايا الدماغ (Peel et al. ، 2007) ، فإن بروتين مضاعف مركزي آخر ، Ana2 ، يحرض فقط تضخيم المريكز في الخلايا المنوية الأولية للذكور (Stevens et al. ، 2010).

يبدو أن مستويات SAS6 تعتمد على نشاط اثنين من ليغازات E3 المتميزة ، الركيزة المعززة للطور (APC) APC Cdh1 و SCF FBXW5 (Puklowski et al. ، 2011 Strnad et al. ، 2007). SAS6 له وظيفة مهمة في المراحل المبكرة من تكوين البروسينتريول عن طريق التجميع في أوليغومرات لتشكيل حلقة تؤسس التناظر التسعة أضعاف (Kitagawa et al. ، 2011 van Breugel et al. ، 2011). بالإضافة إلى ذلك ، في الديدان ، ZYG-1 - المتماثل الوظيفي PLK4 - فسفوريلات SAS-6 ، وهذا الحدث ضروري لاستقرار البروسينتريول (Kitagawa et al. ، 2009). وبالتالي ، فإن استخدام اثنين من ligases المتميزين E3 قد يعكس فقط مدى أهمية تنظيم مستويات SAS-6 للتحكم الدقيق في رقم المركز.

الطفرات في الجينات التي تتحكم في استقرار الازدواج المركزي تسبب تضخيم الجسيم المركزي ، كما هو موضح في ذبابة الفاكهة سليم (متماثل βTrCP) و SkpA المسوخ (مورفي ، 2003 Wojcik وآخرون ، 2000). ومع ذلك ، تم اقتراح آليات بديلة. على سبيل المثال ، وجد أن الإصابة بفيروس الورم الحليمي البشري عالي الخطورة HPV-16 تؤدي إلى زيادة مستويات PLK4 مرنا ، وهي كافية لتوليد تضخيم الجسيم المركزي (كورزينيفسكي وآخرون ، 2011).

بالإضافة إلى الإفراط في التعبير عن منظمات المريكز ، يمكن للخلايا أيضًا أن تكتسب بسهولة الجسيمات المركزية الإضافية من خلال عملية تسمى اندماج الخلية (الشكل 1). في الواقع ، كان معروفًا منذ فترة طويلة أن الخلايا الحيوانية والنباتية قادرة على الاندماج لتكوين خلايا وأنسجة متعددة الصبغيات (أكثر من نسختين من كل كروموسوم) (Getsios and MacCalman ، 2003 Guidotti et al. ، 2003 Herwig et al. ، 2011 Otto، 2007 Srinivas et al.، 2007). لا تُعرف عواقب تراكم الجسيمات المركزية الإضافية في الخلايا متعددة الصيغ الصبغية ، ولكن من الممكن أن تكون الخلايا المتمايزة ، مثل خلايا العضلات المندمجة أو الخلايا الدبقية (Fant et al. ، 2009 Tassin et al. ، 1985 Unhavaithaya and Orr-Weaver ، 2012) ، لديهم تسامح أكبر مع الجسيمات المركزية الإضافية مقارنة بخلايا ركوب الدراجات (Krzywicka-Racka and Sluder ، 2011).

أسباب وعواقب تضخيم الجسيم المركزي. تحتوي الخلية العادية في الطور البيني (أعلى) على مجموعة من الكروموسومات المضاعفة (4n) واثنين من الجسيمات المركزية ، كما هو موضح بواسطة الدوائر الصفراء ذات المريكزين (البراميل الخضراء) لكل منهما. بعد التحريك الخلوي ، يتم إنشاء خليتين ابنتيتين ثنائي الصبغيات (2n) مع جسيم مركزي واحد لكل منهما. يولد فشل الحركة الخلوية خلية ابنة واحدة مع نواتين واثنين من الجسيمات المركزية. في دورة الخلية التالية ، سوف يتسبب تكرار المريكز في تضخيم الجسيم المركزي. في الخلية التي تحتوي على الجسيمات المركزية الإضافية بسبب الإفراط في التعبير عن بروتينات الازدواج المركزي (أسفل) ، تم وصف سيناريوهين مهمين. تفشل الجسيمات المركزية الزائدة في التجمع وتشكيل مغازل متعددة الأقطاب تنقسم بطريقة متعددة الأقطاب. يُعتقد أن هذا النوع من الانقسام له نتيجة سيئة لبقاء الخلية. في الخلايا التي تتجمع فيها الجسيمات المركزية الإضافية لتشكيل مغزل ثنائي القطب ، يمكن أن تؤدي المرفقات المرئية (المشار إليها بواسطة الكروموسوم الأحمر) إلى تأخر الكروموسومات أثناء الطور ، مما يؤدي إلى توليد خلايا اختلال الصيغة الصبغية. إذا تم ربط جميع الكروموسومات بشكل صحيح وتوجيهها ثنائي الاتجاه في لوحة الطور ، يمكن إنشاء خليتين ابنتيتين ذات محتوى وراثي متساوٍ (ولكن مع الجسيمات المركزية الإضافية).

أسباب وعواقب تضخيم الجسيم المركزي. تحتوي الخلية العادية في الطور البيني (أعلى) على مجموعة من الكروموسومات المضاعفة (4n) واثنين من الجسيمات المركزية ، كما هو موضح بواسطة الدوائر الصفراء ذات المريكزين (البراميل الخضراء) لكل منهما. بعد التحريك الخلوي ، يتم إنشاء خليتين ابنتيتين ثنائي الصبغيات (2n) مع جسيم مركزي واحد لكل منهما. يولد فشل الحركة الخلوية خلية ابنة واحدة مع نواتين واثنين من الجسيمات المركزية. في دورة الخلية التالية ، سوف يتسبب تكرار المريكز في تضخيم الجسيم المركزي. في الخلية التي تحتوي على الجسيمات المركزية الإضافية بسبب الإفراط في التعبير عن بروتينات الازدواج المركزي (أسفل) ، تم وصف سيناريوهين مهمين. تفشل الجسيمات المركزية الزائدة في التجمع وتشكيل مغازل متعددة الأقطاب تنقسم بطريقة متعددة الأقطاب. يُعتقد أن هذا النوع من الانقسام له نتيجة سيئة لبقاء الخلية. في الخلايا التي تتجمع فيها الجسيمات المركزية الإضافية لتشكل مغزلًا ثنائي القطب ، يمكن أن تؤدي المرفقات المرئية (المشار إليها بواسطة الكروموسوم الأحمر) إلى تأخر الكروموسومات أثناء الطور ، مما يؤدي إلى توليد خلايا اختلال الصيغة الصبغية. إذا تم ربط جميع الكروموسومات بشكل صحيح وتوجيهها ثنائي الاتجاه في لوحة الطور ، يمكن إنشاء خليتين ابنتيتين ذات محتوى وراثي متساوٍ (ولكن مع الجسيمات المركزية الإضافية).

هناك طريقة بديلة لتراكم الجسيمات المركزية وهي تثبيط الحركة الخلوية ، وهي الخطوة الأخيرة من انقسام الخلية ، والتي ستولد بعد ذلك خلية متعددة الصيغ الصبغية ثنائية النوى بدلاً من خليتين ثنائي الصبغيات (فوجيوارا وآخرون ، 2005 ستورشوفا وبيلمان ، 2004) (الشكل 1) . ومع ذلك ، في هذه المرحلة ، لا يزال يتعين تحديد ما إذا كان يمكن للخلايا أن تتراكم بسهولة الكروموسومات الإضافية والجوانب المركزية في نفس الوقت. أظهرت البيانات الحديثة أن الفشل المتكرر الناجم عن الانقسام الناجم عن الأدوية في خطوط الخلايا المحولة وغير المحولة يؤدي إلى الاختفاء السريع للخلايا ثنائية النواة ذات الجسيمات المركزية الإضافية من مجموعة خلايا الدراجات (Krzywicka-Racka and Sluder ، 2011) ، مما يشير إلى أن تضخيم الجسيم المركزي يتم تحمله بشكل سيئ في ظل هذه الظروف. ومع ذلك ، تظهر الأدلة التي تم الحصول عليها في الجسم الحي أن بعض الأنسجة على الأقل يمكن أن تتعامل مع تراكم الكروموسومات الإضافية والجوانب المركزية. هذا هو الحال بالنسبة للخلايا الكبدية متعددة الصيغ الصبغية في الثدييات ، والتي يتم إنشاؤها عن طريق الحركية الخلوية غير المكتملة وتظهر بعد الولادة في أكباد صحية (Faggioli et al.، 2011 Guidotti et al.، 2003 Margall-Ducos et al.، 2007) وفي ذبابة الفاكهة الدبقية اللازمة للحفاظ على سلامة الحاجز الدموي الدماغي (Unhavaithaya و Orr-Weaver ، 2012). في الكائن الحي السليم ، من الممكن أن تمتلك بعض أنواع الخلايا فقط القدرة على تجميع الجسيمات المركزية والكروموسومات الإضافية ، وسيكون من المهم تحديد الآليات التي تسمح بهذا التراكم أو تمنعه.


بيولوجيا الجينات المركزية وعدم الاستقرار الجيني

بينما يشارك المريكز في تجنيد البروتينات التي تشكل PCM ، فإن هذا الأخير سيحمل خاصية النوى وترسيخ الأنابيب الدقيقة (MTs). بفضل هذه السعة ، يمكن للجسيمات المركزية تنظيم العديد من العمليات أثناء الطور البيني والانقسام. أثناء الطور البيني ، تؤثر على شكل الخلية ، والحركة ، والقطبية ، والنقل داخل الخلايا. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يعمل المريكزان الأكبر سنًا أيضًا كجسم قاعدي يبذر نمو الأهداب أو الأسواط. أثناء الانقسام ، فإنها تساهم في تكوين وتوجيه المغزل الانقسامي. لذلك ، يتم تنظيم عدد الجسيمات المركزية لكل خلية بإحكام ، وفي الظروف العادية يوجد واحد أو اثنين من الجسيمات المركزية اعتمادًا على مرحلة دورة الخلية. تعديلات الجسيم المركزي (في العدد و / أو الهيكل) من المعروف أنها تعرض للخطر العديد من العمليات الخلوية وترتبط بالعديد من الاضطرابات البشرية. يستخدم العمل في مختبرنا أ مجموعة متنوعة من أنظمة النماذج للتحقيق في وظيفة الجسيم المركزي في التنمية والمرض.

في الخلايا الجذعية العصبية (NSCs) ، يعرض المركزان سلوكًا غير متماثل ومحتوى PCM غير متماثل وتنوي MT أثناء الطور البيني. عدم تناسق الجسيم المركزي قد تورط في انقسامات الخلايا غير المتماثلة. يسمح وضع الجسيم المركزي بالمحاذاة الدقيقة للمغزل الانقسامي على طول محور القطبية. هذا يساهم في الفصل الصحيح المحدد لمصير الخلية وتصحيح موضع الخلية الابنة داخل الأنسجة. نحن ندرس حاليًا كيف يمكن أن تؤدي العيوب في التكوين الحيوي للجسيم المركزي إلى عيوب عدم تناسق الجسيم المركزي.

تحتوي الخلايا عادة على جينوم ثنائي الصيغة الصبغية وثنائي الصبغيات ، يتكون من نسختين من كل كروموسومات. لضمان النقل المناسب للمادة الجينية ، يلزم تكرار الحمض النووي عالي الدقة والانقسام. يشار إلى الاختلافات في الوضع العادي باسم اختلال الصيغة الصبغية (اكتساب أو فقدان الكروموسومات الكاملة) و تعدد الصبغيات (اكتساب مجموعات متعددة من الكروموسومات). تعد التغيرات غير الفسيولوجية في عدد الكروموسومات من العوامل الراسخة في حدوث الاضطرابات البشرية: فهي مسؤولة عن نسبة عالية من حالات الإجهاض ومجموعة من الأمراض بما في ذلك متلازمة داون واضطرابات النمو والسرطان.

في مختبرنا ، نحن مهتمون بالآليات التي تلعب دورًا في حدوث اختلال الصيغة الصبغية وتعدد الصبغيات في خلايا الدورة. في الجسم الحي. النمط النووي لـ ذبابة الفاكهة يتكون من أربع نسخ فقط من الكروموسومات ، مما يجعله نموذجًا مناسبًا جدًا لدراسة عيوب عدد الكروموسومات. من خلال استخدام مزيج من علم الوراثة والتثبيت والتصوير الحي وبيولوجيا الخلية وتقنيات البيولوجيا الجزيئية ، فإننا نستكشف عواقب تعدد الصبغيات في الدماغ والأنسجة الظهارية في ذبابة الفاكهة.

فك رموز مكان الاختلالات المركزية في مسببات الاضطرابات البشرية هو مجال نشط للتحقيقات البحثية الأساسية وأحد اهتماماتنا الرئيسية. لمعالجة هذا السؤال ، ركزنا اهتمامنا على تضخيم الجسيم المركزي، خلل وظيفي يتميز بوجود الجسيمات المركزية الزائدة ، ويوصف في البداية بأنه سمة رئيسية للسرطان فقط. لقد أنشأنا نموذجًا للماوس حيث يتم تشغيل تضخيم الجسيم المركزي بطريقة مشروطة في أي نسيج أو مرحلة من الاهتمام.

لقد أظهرنا أن وجود الجسيمات المركزية الإضافية في تكاثر الخلايا الجذعية العصبية الجنينية كافٍ لإعاقة نمو الدماغ ويبلغ ذروته في صغر الرأس (أدمغة صغيرة) عند الولادة. وجدنا أن تضخيم الجسيم المركزي يؤدي إلى حدوث عيوب انقسامية وتوليد ذرية بنمط نووي غير طبيعي (اختلال الصيغة الصبغية) غير قادر على البقاء في سياق نمو الدماغ. علاوة على ذلك ، أظهرنا أن القضاء على الخلايا المختلة الصيغة الصبغية يعتمد على نشاط ص 53. مكنتنا هذه الدراسة من اقتراح العيوب الانقسامية واختلال الصيغة الصبغية وموت الخلايا الناتج كمسبب جديد لصغر الرأس المتنحي الأساسي البشري (MCPH). كثيرًا ما توجد طفرات الجسيم المركزي في عائلات MCPH والسبب الذي يجعل دماغ الثدييات عرضة لطفرات الجسيم المركزي هو مجال نشط للبحث في مختبرنا.

بالتعاون مع مستشفى معهد كوري ، نحقق حاليًا في أصل ونتائج تشوهات الجسيم المركزي في سرطانات المبيض الظهارية (EOC). يعد سرطان المبيض خامس أكثر أسباب الوفاة شيوعًا بين النساء في العالم الغربي بسبب سوء التشخيص المرتبط بالاكتشاف المتأخر. غالبًا ما ترتبط الطفرات في p53 و BRCA1 وعدم استقرار الكروموسومات بتطور ورم المبيض ، ولكن لا يُعرف سوى القليل عن تنظيم الهيكل الخلوي في هذا النوع من الأورام. نحن نهدف إلى تحديد مشاركة العمليات ذات الصلة بالـ MT في تطور سرطان المبيض لفهم مساهمة الجسيمات المركزية والهيكل الخلوي MT في إنشاء سرطان المبيض وتطوره.


سنتريول

نظرة سريعة: يتواجد المريكز فقط في الخلايا الحيوانية وبعض النباتات السفلية ، ويتكون من أطوال قصيرة من الأنابيب الدقيقة التي تقع موازية لبعضها البعض ومرتبة حول تجويف مركزي لتشكيل أسطوانة.

في الخلايا الحيوانية ، توجد المريكزات في الجسيم المركزي وتشكل جزءًا منه حيث تكون هياكل مقترنة تقع في زوايا قائمة مع بعضها البعض. في هذا السياق ، من المحتمل أن يشاركوا في تجميع المغزل أثناء الانقسام. يتم وضع الجسيم المركزي في السيتوبلازم خارج النواة ولكن غالبًا بالقرب منه.

يوجد أيضًا مريكز واحد في النهاية القاعدية للأهداب والسوط. في هذا السياق يطلق عليه & # 8216basal body & # 8217 ويرتبط بنمو وتشغيل الأنابيب الدقيقة في الهدب أو السوط.

لعرض صورة المريكزات في الحيوانات المنوية من ذبابة الفاكهة ، مفسرة باستخدام تقنية CIMR GridPoint ، انقر هنا

يقدم Centrioles شيئًا من اللغز
توجد المريكزات في (1) الخلايا الحيوانية و (2) المنطقة القاعدية للأهداب والسوط في الحيوانات والنباتات السفلية (مثل الكلاميوموناس). يُطلق على المريكزات في الأهداب والسوط & # 8216 الأجسام القاعدية & # 8217 ولكن يمكن اعتبار الاثنين قابلين للتحويل.

المريكزات غائبة عن خلايا النباتات العليا.

عندما تخضع الخلايا الحيوانية للانقسام ، يعتبر البعض أنها تستفيد من وجود المريكزات التي يبدو أنها تتحكم في تكوين ألياف المغزل والتي تؤثر لاحقًا على فصل الكروموسوم. ومع ذلك ، فقد أظهرت الأبحاث أن الانقسام الفتيلي يمكن أن يحدث في الخلايا الحيوانية بعد تدمير المريكزات. في بعض الأحيان يبدو أن هذا يكون على حساب التشوهات في تطور المغزل والمشاكل اللاحقة في فصل الكروموسوم. تشير الأبحاث الحديثة أيضًا إلى أن أجنة ذبابة الفاكهة الاعتقال مبكرًا جدًا إذا تعذر حدوث تكرار المريكز.

يحدث الانقسام الفتيلي في النباتات العليا بشكل مرضٍ تمامًا مع الأنابيب الدقيقة التي تشكل أليافًا مغزلية ولكن بدون مساعدة المريكزات. لذلك تظل وظيفة المريكزات شيئًا من الغموض.

بنية
يتكون المريكز من أطوال قصيرة من الأنابيب الدقيقة مرتبة في شكل أسطوانة مفتوحة الطرف يبلغ طولها حوالي 500 نانومتر وقطرها 200 نانومتر. يتم تجميع الأنابيب الدقيقة التي تشكل جدار الأسطوانة في تسع مجموعات من الحزم التي تتكون كل منها من ثلاثة أنابيب دقيقة.

في الأهداب والسوط حيث توجد المريكزات في قاعدة الهيكل ، وتسمى الأجسام القاعدية ، تختلف بنية الجدار والتجويف قليلاً. بالإضافة إلى جدران الأسطوانة المكونة من تسع مجموعات من الحزم من ثلاثة أنابيب دقيقة ، توجد جدران من تسع مجموعات من حزمتين. في كلا النوعين توجد مصفوفة مركزية تشع منها الأسلاك كما في عجلة العربة.

المريكزات في الخلايا الحيوانية تتواجد عادة في أزواج مع المريكزات الأسطوانية بزوايا قائمة مع بعضها البعض.

تنظم Centrioles "سحابة" من مادة البروتين حول نفسها ، وهذه هي المادة المحيطة بالمركز (PCM). معا يشكل الاثنان كل المركزية الهامة.

وظيفة
تعمل المريكزات كزوج في معظم الخلايا في الحيوانات ولكن كجسم واحد أو جسم قاعدي في الأهداب والأسواط.

Centrioles في أزواج
تحتوي الخلايا التي تدخل الانقسام الفتيلي على جسيم مركزي يحتوي على زوجين من المريكزات وما يرتبط بها من مادة محيطية (PCM). أثناء الطور ، ينقسم الجسيم المركزي إلى جزأين ويهاجر زوج المريكز إلى كل طرف أو قطب على السطح الخارجي للغشاء أو الغلاف النووي. عند هذه النقطة يتم إنتاج الأنابيب الدقيقة على الحافة الخارجية للمادة المحيطة بالمركز وتنمو في شكل نصف قطري. يسمى زوج المريكز و PCM بالنجمة. تنمو الأنابيب الدقيقة من النجم الموجود في أحد الأقطاب باتجاه النجم في القطب المقابل. تسمى هذه الأنابيب الدقيقة ألياف المغزل. سيتم ربط بعض هذه الكروموسومات بواسطة السنتروميرات المصطفة على & # 8216equator & # 8217 للخلية المنقسمة. البعض الآخر ، على الرغم من عدم ارتباطه بالكروماتيدات / الكروموسومات بواسطة السنتروميرات ، سيساعد في فصل جزئي الخلية المنقسمة.

مريكز واحد أو جسم قاعدي.
في قاعدة كل هدب أو سوط يوجد مريكز واحد. هذا الهيكل وما يرتبط به من مادة حول المركز ، يبني الأنابيب الدقيقة في اتجاه خطي. تشكل هذه الأنابيب الدقيقة معظم الأجزاء الداخلية للأهداب والسوط وهي مسؤولة إلى حد كبير ، باستخدام محركات البروتين ، عن الجوانب الميكانيكية لحركتها. يبدو أيضًا أن المريكز الموجود في قاعدة كل منها يمارس درجة معينة من الاتجاه والتحكم في حركة الأهداب والسوط.

تكرار
في الخلايا التي يوجد فيها المريكزات كزوج ، يحدث النسخ المتماثل خلال دورة الخلية بأكملها. في المرحلة G1 ، تتحرك الأسطوانتان المريكزيتان بشكل طفيف جدًا عن بعضهما البعض. خلال المرحلة S ، تتشكل أسطوانات جديدة من الأنابيب الدقيقة بالقرب من الأسطوانات "الأم" وعند الزوايا اليمنى لها. يظل زوجا المريكزات قريبين جدًا من بعضهما البعض حتى مرحلة الطور الأول من الانقسام الفتيلي. عند هذه النقطة ينفصلان عن طريق كلا أزواج المريكزات التي تتحرك فوق السطح الخارجي للمغلف النووي إلى نهايات متقابلة أو "أقطاب" الخلية ، لتشكيل الأقطاب النجمية للخلية المنقسمة.

  • تحدث Centrioles مثل يقترن عضيات أسطوانية مع مادة حول المركز (PCM) في الجسيم المركزي لخلية حيوانية.
  • تم العثور على Centrioles مثل غير مرتبطة الهياكل في الأهداب والسوط في الخلايا الحيوانية وبعض الخلايا النباتية السفلية.
  • يتم تصنيع Centrioles من الأنابيب الدقيقة.
  • تنظم المريكزات في الخلايا الحيوانية المادة المحيطة بالمركز لإنتاج الأنابيب الدقيقة بما في ذلك ألياف المغزل الانقسامية.
  • تقدم Centrioles شيئًا من الألغاز التي يبدو أن لها تأثير على نتيجة الانقسام في الخلايا الحيوانية. عندما يكون هناك تقسيم مرضٍ ولكن بدونها لا يزال الانقسام يحدث ولكن في بعض الأحيان مع نتيجة غير مرضية. المريكزات غائبة عن خلايا النباتات العليا ولكن الانقسام الطبيعي يحدث وبنتائج مرضية.

ملاحظة هامة
في بعض الأحيان ، تتحدى المعلومات الجديدة التفكير الحالي فقط لتحل محلها أفكار أخرى مع تقدم المعرفة. هذه هي الطريقة التي يعمل بها العلم. تسعى الجمعية البريطانية لبيولوجيا الخلية (BSCB) إلى توفير معلومات موثوقة ومحدثة ، ولكن لا يمكن تحميلها مسؤولية أي فقد للعلامات الناشئة عن استخدام المعلومات الموجودة على هذا الموقع والتي قد تتعارض مع وجهات النظر المقبولة لهيئات الفحص. .


شاهد الفيديو: المرحله الثالثه ماده مفاهيم معالجه متوازيهالمحاضره الرابعهInterconnection Networks Taxonomy (كانون الثاني 2022).