centrosom

centrosomet er det vigtigste mikrotubuleorganiseringscenter (MTOC) i humane celler og er blevet undersøgt bredt lige siden Theodor Boveri først navngivet og beskrevet det i 1888. Selvom centrosomet er en lille organelle, er det af stor betydning for grundlæggende cellulære funktioner. Placeret ved siden af kernen er centrosomets hovedrolle at regulere den intracellulære organisation af mikrotubuli., Under celledeling er centrosomet den vigtigste ansvarlige organelle for den korrekte dannelse og orientering af mitotiske spindel, hvilket sikrer korrekt adskillelse af søsterchromatider til hver af dattercellerne (Nigg ea et al. (2011)).

i Celleatlaset har 548 gener (3% af alle proteinkodende humane gener) vist sig at kode proteiner, der lokaliseres til centrosomet eller de centriolære satellitter. I billeder, hvor det har været muligt at skelne centriolerne, er proteiner blevet kommenteret med placeringen “centrosome”., I billeder, hvor centriolerne ikke er blevet detekteret, men proteinet lokaliseres til midten af mikrotubuli, er proteiner blevet kommenteret med placeringen “centriolar satellit” (figur 1-2). Funktionel berigelsesanalyse af centrosomproteomet viser berigelse af udtryk for biologiske processer relateret til intracellulær organisering og transport, organisering af mikrotubuli, cellecyklusprogression og celledeling.

RAB11FIP5 – EN-431
PCNT – U-251 MG
MKKS – U-2 OS

Figur 1. Eksempler på proteiner lokaliseret til centrosom og centriolære satellitter., RAB11FIP5 er involveret i intracellulær transport og har tidligere ikke vist sig at lokalisere til centrosomer. Ved anvendelse af uafhængige antistoffer lokaliseres RAB11FIP5 til centriolære satellitter (detekteret i a-431 celler). PCNT er en velkarakteriseret proteinkomponent i centrosomets filamentøse Matri.med vigtige roller i både mitose og meiose (påvist i U-251 celler). MKKS er et centrosom-shuttling-protein, der lokaliserer til en rørlignende struktur omkring centriolerne i det pericentriolære materiale (PCM) og er vigtigt for celledeling (detekteret i U-2 os-celler)., Normalt, MKKS pendulfart mellem centrosome og cytosol hele den celle cyklus, men når de er muteret, er det ikke til at lokalisere den centrosome, der fører til McKusick Kaufman syndrom, en sygdom, der manifesterer sig med nedsat udvikling, især på hænder og fødder, samt hjerte-og kønsorganer fejl.

figur 2., 3% af alle humane proteinkodende gener koder proteiner lokaliseret til centrosomet eller de centriolære satellitter. Hver bjælke kan klikkes og giver et søgeresultat af proteiner, der hører til den valgte kategori.

Den struktur centrosome

Delstrukturer

• Centriolar satellit -: 171
• Centrosome: 377

centrosome er en lille ikke-membran bundet organel besætter omkring 1-2 µm3 af cytoplasmatisk volumen (Doxsey S&periode; (2001))., Den består af to tøndeformede centrioler, der hver består af ni mikrotubule trillinger, holdt sammen i en vinkelret vinkel ved at forbinde fibre. Centriolerne er omgivet af en amorf Matri.af proteiner, almindeligvis benævnt det pericentriolære materiale (PCM), som indeholder proteiner involveret i nukleation og forankring af mikrotubuli, såvel som vigtige cellecyklusregulatorer og andre signalmolekyler. Pericentrin (Figur 1), γ-tubulin, ninein, centriolin og aurora kinaser er nogle eksempler (Doxsey S&periode; (2001)).,Y-tubulin-proteinkomplekset er et stærkt konserveret kompleks, der danner en åben ringstruktur, omkring 25 nm i diameter, og spiller en nøglerolle i kernedannelse af mikrotubuli. Som en nøgleregulator for mitose er strukturen og sammensætningen af centrosomet meget dynamisk og gennemgår dramatiske organisatoriske ændringer gennem cellecyklussen (Bornens m&periode; (2002); Conduit PT et al. (2015)).

centrosomerne såvel som den basale krop af cilia er tæt omgivet af cytoplasmatiske granuler, kendt som centriolære satellitter (Tollenaere MA et al., (2015); Prosser SL et al. (2020)). Centriolære satellitter rejser langs mikrotubuli ved tilknytning til motoriske proteiner og vides at indeholde et antal proteiner, der også findes i centrosomer og cilia. Centriolære satellitter kan observeres i de fleste celletyper, men deres sammensætning, størrelse, antal og placering varierer. Centriolære satellitter demonteres ved indtræden i mitose, bur vises igen efter afslutningen af cytokinesis.

et udvalg af proteiner, der er egnede som markører for centrosomet og de centriolære satellitter, findes i tabel 1., En liste over højt udtrykte proteiner, der lokaliseres til centrosomer og centriolære satellitter, er opsummeret i tabel 2.

tabel 1. Udvælgelse af proteiner, der er egnede som markører for centrosom og centriolære satellitter.,v id=”02794f7097″>

MKKS McKusick-Kaufman syndrome Centrosome ODF2 Outer dense fiber of sperm tails 2 Centrosome CEP97 Centrosomal protein 97 Centriolar satellite
Cytosol KIF5B Kinesin family member 5B Centriolar satellite
Cytosol PIBF1 Progesterone immunomodulatory binding factor 1 Centriolar satellite

Table 2., Stærkt udtrykt centrosom og centriolære satellitmarkørproteiner i forskellige cellelinjer., oncogene partner

14 CEP250 Centrosomal protein 250 13 CCDC14 Coiled-coil domain containing 14 12 MKKS McKusick-Kaufman syndrome 11 CEP350 Centrosomal protein 350 11

See the morphology of centrosomes in human induced stem cells in the Allen Cell Explorer.,

funktionen af centrosomet

centrosomets hovedfunktion er organisering af mikrotubuli i cellen, hvorved cellulær form, polaritet, proliferation, mobilitet og celledeling kontrolleres. Under S-fase replikeres centrosomet på en semi-konservativ måde, hvilket resulterer i dannelse af en datter centriol ved siden af hver af forældrenes centrioler. Når cellen nærmer sig mitose, flytter de to centrosomer, der hver indeholder en forældrecentriol og en modning procentriol, til modsatte ender af cellen., Samtidig øges mængden af omgivende PCM-proteiner, hvilket muliggør nukleation af flere mikrotubuli. Når kernemembranen brydes ned, kan mikrotubuli, der stammer fra hver af centrosomerne, interagere med kinetochorer på de replikerede søsterkromatider, der danner den karakteristiske mitotiske spindel. Det indviklede spindelapparat formidler adskillelse af søsterkromatider til modsatte ender af cellen, og ved cytokinesis er hver af dattercellerne forsynet med et sæt kromosomer og et centrosom. Forældrecentriolen, dvs., den ældre af de to i centrioleparet har også en central rolle i dannelsen af cilia og flagella. Desuden øger beviser, der tyder på en mere alsidig funktion af centrosome, især peger på dets evne til at koordinere et utal af cellulære funktioner ved at fungere som en kompakt hub, hvor cytoplasmatisk proteiner kan interagere ved høje koncentrationer (Doxsey S&periode; (2001); Rieder CL et al. (2001))., Centriolære satellitter er længe blevet betragtet som køretøjer til proteinhandel til og fra centrosomet og cilia og spiller således en rolle i dynamisk regulering af proteinsammensætning i disse organeller (Tollenaere MA et al. (2015); Prosser SL et al. (2020)). Faktisk er flere proteiner, der lokaliseres til centriolære satellitter, blevet impliceret i centrosomreplikation, modning og adskillelse., I nyere undersøgelser har centriolære satellitter imidlertid også vist sig som regulatorer af flere andre cellulære processer, såsom proteinnedbrydning og autofagi, hvoraf nogle er uafhængige af centrosomer og cilia. Tilsvarende er centrosomer og cilia ikke helt afhængige af centriolære satellitter.,

Som vigtige regulatorer af kromosom adskillelse og cellecyklus progression, afvigelser i antal, størrelse og morfologi af centrosome, og mutationer i gener, der koder for proteinet at lokalisere centrosomes, er almindeligt forekommende i celler, der undergår tumorigenesis, men også i en række andre sygdomme (Badano JL et al. (2005)).

Gene Ontology (GO)-baseret analyse af gener, der koder for proteiner, der lokaliseres til centrosomer eller centriolære satellitter, viser berigelse af udtryk, der beskriver funktioner, der er godt i overensstemmelse med eksisterende litteratur., De mest berigede udtryk for GO-domænets biologiske proces er relateret til mitose og cytokinesis, cellecyklusprogression, endocytose, organisering af mikrotubulcytoskelettet og organisering af organeller (figur 3a). Berigelsesanalyse af GO-domænets molekylære funktion afslører berigelse af udtryk, der beskriver binding til mikrotubuli og motoriske proteiner samt motorisk aktivitet (figur 3b).

figur 3a. Gen ontologi-baseret berigelsesanalyse for centrosomproteomet, der viser de signifikant berigede udtryk for GO-domænets biologiske proces., Hver bjælke kan klikkes og giver et søgeresultat af proteiner, der hører til den valgte kategori.

figur 3b. Gen ontologi-baseret berigelsesanalyse for centrosom proteomet, der viser de signifikant berigede udtryk for GO-domænets molekylære funktion. Hver bjælke kan klikkes og giver et søgeresultat af proteiner, der hører til den valgte kategori.

Centrosome proteiner med flere steder

Cirka 78% (n=428) af centrosome og centriolar satellit-proteiner opdaget i Cellen Atlas også oversættes til andre cellulære rum (Figur 4)., Netværksplottet viser, at de mest almindelige placeringer, der deles med centrosomet og centriolære satellitter, er cytoplasma, kerne og vesikler. Dobbelt lokaliseringer med nukleoplasma og cytosol er overrepræsenteret, mens dobbelt lokaliseringer med Golgi-apparatet og nukleolerne er underrepræsenteret.

figur 4. Interaktivt netværk plot af mikrotubule proteiner med flere lokaliseringer. Tallene i forbindelsesnoderne viser de proteiner, der er lokaliseret til centrosomet og til en eller flere yderligere placeringer., Kun forbindelsesnoder, der indeholder mere end et protein og mindst 0, 5% proteiner i centrosomproteomet, er vist. Cirkelstørrelserne er relateret til antallet af proteiner. Cyan farvede noder vise kombinationer, som er markant overrepræsenteret, mens magenta farvede noder vise kombinationer, som er betydeligt underrepræsenteret i forhold til sandsynligheden for at observere, at en kombination baseret på hyppigheden af de enkelte kommentering og en hypergeometri test (p≤0.05). Bemærk, at denne beregning kun udføres for proteiner med dobbelt lokaliseringer., Hver knude kan klikkes og resulterer i en liste over alle proteiner, der findes i de tilsluttede organeller.

Udtryk niveauer af centrosome proteiner i væv

Transkriptom-analyse og klassificering af gener i væv fordeling kategorier (Figur 8) viser, at centrosome og centriolar satellit-proteiner er ikke mere tilbøjelige til at vise en bestemt type væv fordeling, i forhold til alle de gener, der præsenteres i Cellen Atlas.

Figur 5., Bar plot, der viser procentdelen af gener i forskellige vævsfordelingskategorier for gener, der koder for proteiner, der lokaliseres til centrosomet eller centriolære satellitter, sammenlignet med alle gener i Celleatlaset. Asterisk markerer en statistisk signifikant afvigelse (p 0.0 0,05) i antallet af gener i en kategori baseret på en binomial statistisk test. Hver bjælke kan klikkes og giver et søgeresultat af proteiner, der hører til den valgte kategori.

relevante links og publikationer

Bovery T. 1900. Zellen-Studien. Verlag von Gustav Fischer.