Il centrosoma è il principale centro di organizzazione dei microtubuli (MTOC) nelle cellule umane ed è stato ampiamente studiato fin da quando Theodor Boveri lo nominò e lo descrisse per la prima volta nel 1888. Sebbene il centrosoma sia un piccolo organello, è di grande importanza per le funzioni cellulari fondamentali. Situato adiacente al nucleo, il ruolo principale del centrosoma è quello di regolare l’organizzazione intracellulare dei microtubuli., Durante la divisione cellulare, il centrosoma è l’organello responsabile chiave per la corretta formazione e orientamento del fuso mitotico, garantendo la corretta segregazione dei cromatidi fratelli a ciascuna delle cellule figlie (Nigg EA et al. (2011)).
Nell’Atlante cellulare, 548 geni (3% di tutti i geni umani codificanti proteine) hanno dimostrato di codificare proteine che si localizzano al centrosoma o ai satelliti centriolari. Nelle immagini in cui è stato possibile distinguere i centrioli, le proteine sono state annotate con la posizione “centrosoma”., Nelle immagini in cui i centrioli non sono stati rilevati, ma la proteina si localizza al centro dei microtubuli, le proteine sono state annotate con la posizione “satellite centriolare” (Figura 1-2). L’analisi funzionale di arricchimento del proteoma del centrosoma mostra l’arricchimento dei termini per i processi biologici relativi all’organizzazione e al trasporto intracellulare, all’organizzazione dei microtubuli, alla progressione del ciclo cellulare e alla divisione cellulare.
RAB11FIP5 – A-431
PCNT – U-251 MG
MKKS – U-2 OS
Figura 1. Esempi di proteine localizzate al centrosoma e ai satelliti centriolari., RAB11FIP5 è coinvolto nel trasporto intracellulare e in precedenza non ha dimostrato di localizzarsi nei centrosomi. Utilizzando anticorpi indipendenti, RAB11FIP5 è localizzato nei satelliti centriolari (rilevati nelle cellule A-431). Il PCNT è una componente proteica ben caratterizzata della matrice filamentosa del centrosoma con ruoli importanti sia nella mitosi che nella meiosi (rilevata nelle cellule U-251). MKKS è una proteina di centrosoma-spola che localizza ad una struttura del tipo di tubo intorno ai centrioli nel materiale pericentriolar (PCM) ed è importante per divisione cellulare (individuata nelle cellule di U-2 OS)., Normalmente, MKKS navette tra il centrosoma e il citosol per tutto il ciclo cellulare, ma quando mutato, non riesce a localizzare al centrosoma, portando alla sindrome di McKusick Kaufman, una malattia che si manifesta con lo sviluppo alterato, in particolare di mani e piedi, così come cuore e difetti genitali.
- Il 3% (548 proteine) di tutte le proteine umane è stato rilevato sperimentalmente nel centrosoma dall’Atlante proteico umano.,
- 145 proteine nel centrosoma sono supportate da prove sperimentali e di queste 36 proteine sono potenziate dall’Atlante proteico umano.
- 428 proteine nel centrosoma hanno più posizioni.
- 28 proteine nel centrosoma mostrano una variazione da cellula a cellula. Di questi 27 mostrano una variazione di intensità e 1 una variazione spaziale.
- Le proteine che si localizzano al centrosoma sono principalmente coinvolte nell’organizzazione e nel trasporto intracellulare, nell’organizzazione dei microtubuli e nella progressione del ciclo cellulare.
Figura 2., il 3% di tutti i geni codificanti proteine umane codifica proteine localizzate al centrosoma o ai satelliti centriolari. Ogni barra è cliccabile e fornisce un risultato di ricerca di proteine che appartengono alla categoria selezionata.
struttura del centrosoma
Strutture
- Centriolar tv: 171
- Centrosoma: 377
Il centrosoma è una piccola membrana associato organello occupando circa 1-2 µm3 del volume citoplasmatico (Doxsey S&periodo; (2001))., È composto da due centrioli a forma di botte, ciascuno composto da nove triplette di microtubuli, tenuti insieme ad un angolo perpendicolare interconnettendo le fibre. I centrioli sono circondati da una matrice amorfa di proteine, comunemente indicata come materiale pericentriolare (PCM), che contiene proteine coinvolte nella nucleazione e ancoraggio dei microtubuli, nonché importanti regolatori del ciclo cellulare e altre molecole di segnalazione. Pericentrina (Figura 1), γ-tubulina, nineina, centriolina e aurora chinasi sono alcuni esempi (periodo Doxsey S&; (2001)).,Il complesso proteico γ-tubulina è un complesso altamente conservato che forma una struttura ad anello aperto, di circa 25 nm di diametro, e svolge un ruolo chiave nella nucleazione dei microtubuli. Come regolatore chiave della mitosi, la struttura e la composizione del centrosoma è altamente dinamica e subisce cambiamenti organizzativi drammatici durante tutto il ciclo cellulare (periodo Bornens M&; (2002); Conduit PT et al. (2015)).
I centrosomi, così come il corpo basale delle ciglia, sono strettamente circondati da granuli citoplasmatici, noti come satelliti centriolari (Tollenaere MA et al., (2015); Prosser SL et al. (2020)). I satelliti centriolari viaggiano lungo i microtubuli per associazione con proteine motorie e sono noti per contenere un numero di proteine che si trovano anche nei centrosomi e nelle ciglia. I satelliti centriolari possono essere osservati nella maggior parte dei tipi di cellule, ma la loro composizione, dimensione, numero e posizione varia. I satelliti centriolari si disassemblano all’ingresso nella mitosi, la bur riappare al termine della citocinesi.
Una selezione di proteine adatte come marcatori per il centrosoma e i satelliti centriolari può essere trovata nella Tabella 1., Un elenco di proteine altamente espresse che si localizzano nei centrosomi e nei satelliti centriolari è riassunto nella tabella 2.
Tabella 1. Selezione di proteine adatte come marcatori per il centrosoma e satelliti centriolari.,v id=”02794f7097″>
Cytosol
Cytosol
Table 2., Proteine marker satellitari centrosomiche e centriolari altamente espresse, in diverse linee cellulari., oncogene partner
See the morphology of centrosomes in human induced stem cells in the Allen Cell Explorer.,
La funzione del centrosoma
La funzione principale del centrosoma è l’organizzazione dei microtubuli nella cellula, controllando così la forma cellulare, la polarità, la proliferazione, la mobilità e la divisione cellulare. Durante la fase S, il centrosoma viene replicato in modo semi-conservativo, con conseguente formazione di un centriolo figlia accanto a ciascuno dei centrioli parentali. Quando la cellula si avvicina alla mitosi, i due centrosomi, ciascuno contenente un centriolo parentale e un procentriolo in maturazione, si spostano verso le estremità opposte della cellula., Allo stesso tempo, la quantità di proteine PCM circostanti aumenta, consentendo la nucleazione di più microtubuli. Quando la membrana nucleare si rompe, i microtubuli provenienti da ciascuno dei centrosomi possono interagire con i cinetocori sui cromatidi fratelli replicati, formando il caratteristico fuso mitotico. L’apparato fuso intricato media separazione dei cromatidi sorella alle estremità opposte della cellula, e su citocinesi ciascuna delle cellule figlie è dotato di un set di cromosomi e un centrosoma. Il centriolo parentale, cioè, il più vecchio dei due nella coppia centriola, ha anche un ruolo centrale nella formazione di ciglia e flagelli. Inoltre, prove crescenti suggeriscono una funzione più versatile del centrosoma, in particolare indicando la sua capacità di coordinare una miriade di funzioni cellulari fungendo da hub compatto in cui le proteine citoplasmatiche possono interagire ad alte concentrazioni (periodo Doxsey S&; (2001); Rieder CL et al. (2001)).,
I satelliti centriolari sono stati a lungo considerati come veicoli per il traffico di proteine da e verso il centrosoma e le ciglia, giocando così un ruolo nella regolazione dinamica della composizione proteica in questi organelli (Tollenaere MA et al. (2015); Prosser SL et al. (2020)). In effetti, diverse proteine che si localizzano nei satelliti centriolari sono state implicate nella replicazione, maturazione e separazione del centrosoma., Tuttavia, in studi recenti, i satelliti centriolari sono emersi anche come regolatori di molteplici altri processi cellulari, come la degradazione delle proteine e l’autofagia, alcuni dei quali sono indipendenti dai centrosomi e dalle ciglia. Allo stesso modo, i centrosomi e le ciglia non dipendono completamente dai satelliti centriolari.,
Come regolatori chiave della segregazione cromosomica e della progressione del ciclo cellulare, le anomalie nel numero, nella dimensione e nella morfologia del centrosoma e le mutazioni nei geni che codificano le proteine che si localizzano nei centrosomi, sono comunemente osservate nelle cellule sottoposte a tumorigenesi, ma anche in alcune altre malattie (Badano JL et al. (2005)).
L’analisi basata su Gene Ontology (GO) di geni che codificano proteine che si localizzano nei centrosomi o nei satelliti centriolari mostra l’arricchimento di termini che descrivono funzioni che sono ben in linea con la letteratura esistente., I termini più arricchiti per il processo biologico del dominio GO sono legati alla mitosi e alla citocinesi, alla progressione del ciclo cellulare, all’endocitosi, all’organizzazione del citoscheletro dei microtubuli e all’organizzazione degli organelli (Figura 3a). L’analisi di arricchimento della funzione molecolare del dominio GO rivela l’arricchimento di termini che descrivono il legame con microtubuli e proteine motorie, nonché l’attività motoria (Figura 3b).
Figura 3a. Gene Ontology-based enrichment analysis for the centrosome proteome showing the significantly enriched terms for the GO domain Biological Process., Ogni barra è cliccabile e fornisce un risultato di ricerca di proteine che appartengono alla categoria selezionata.
Figura 3b. Gene Ontology-based enrichment analysis for the centrosome proteome showing the significantly enriched terms for the GO domain Molecular Function. Ogni barra è cliccabile e fornisce un risultato di ricerca di proteine che appartengono alla categoria selezionata.
Le proteine del centrosoma con posizioni multiple
Circa il 78% (n=428) delle proteine del centrosoma e del satellite centriolare rilevate nell’Atlante cellulare si localizzano anche in altri compartimenti cellulari (Figura 4)., La trama della rete mostra che le posizioni più comuni condivise con i satelliti centrosoma e centriolare sono il citoplasma, il nucleo e le vescicole. Le localizzazioni duali con nucleoplasma e citosol sono sovrarappresentate, mentre le localizzazioni duali con l’apparato di Golgi e i nucleoli sono sottorappresentate.
Figura 4. Trama di rete interattiva di proteine di microtubuli con localizzazioni multiple. I numeri nei nodi di connessione mostrano le proteine localizzate nel centrosoma e in una o più posizioni aggiuntive., Vengono mostrati solo nodi di collegamento contenenti più di una proteina e almeno lo 0,5% di proteine nel proteoma centrosomico. Le dimensioni del cerchio sono correlate al numero di proteine. I nodi di colore ciano mostrano combinazioni che sono significativamente sovrarappresentate, mentre i nodi di colore magenta mostrano combinazioni che sono significativamente sottorappresentate rispetto alla probabilità di osservare quella combinazione in base alla frequenza di ogni annotazione e un test ipergeometrico (p≤0,05). Si noti che questo calcolo viene eseguito solo per le proteine con doppia localizzazione., Ogni nodo è cliccabile e si traduce in un elenco di tutte le proteine che si trovano negli organelli collegati.
Livelli di espressione delle proteine del centrosoma nel tessuto
L’analisi del trascrittoma e la classificazione dei geni in categorie di distribuzione tissutale (Figura 8) mostrano che le proteine satellite centrosomiche e centriolari non hanno maggiori probabilità di mostrare alcun particolare tipo di distribuzione tissutale, rispetto a tutti i geni presentati nell’Atlante cellulare.
Figura 5., Grafico a barre che mostra la percentuale di geni in diverse categorie di distribuzione tissutale per i geni che codificano le proteine che si localizzano al centrosoma o ai satelliti centriolari, rispetto a tutti i geni nell’Atlante cellulare. L’asterisco segna una deviazione statisticamente significativa (p≤0,05) nel numero di geni in una categoria basata su un test statistico binomiale. Ogni barra è cliccabile e fornisce un risultato di ricerca di proteine che appartengono alla categoria selezionata.
Link e pubblicazioni rilevanti
Bovery T. 1900. Zellen-Studien. Verlag von Gustav Fischer.