Centrosome

centrosome er den viktigste microtubule organisering center (MTOC) i humane celler, og har vært mye studert siden Theodor Boveri første navngitt og beskrevet det i 1888. Selv om det centrosome er en liten organell, er det av stor betydning for grunnleggende cellulære funksjoner. Ligger i tilknytning til kjernen, den store rollen centrosome er å regulere den intracellulære organisering av mikrotubuli., Under celledeling, den centrosome er nøkkelen ansvarlig organell for riktig formasjon og orientering av mitotic spindel, som sikrer forsvarlig segregering av søster kromatidene til hver av dattercellene (Nigg EA et al. (2011)).

I Cellen Atlas, 548 gener (3% av alle protein-kodende menneskelige gener) har vist seg å koder for proteiner som lokalisere til centrosome eller centriolar satellitter. I bilder hvor det har vært mulig å skille sentrosomer, proteiner har blitt forklart med beliggenhet «centrosome»., I bilder hvor sentrosomer som ikke har blitt oppdaget, men protein lokaliserer til midten av mikrotubuli, proteiner har blitt forklart med beliggenhet «centriolar satellitt» (Figur 1-2). Funksjonelle berikelse analyse av centrosome proteome viser berikelse av vilkårene for biologiske prosesser knyttet til intracellulære organisasjon og transport, organisering av mikrotubuli, celle syklus progresjon og celledeling.

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

Figur 1. Eksempler på proteiner lokalisert til centrosome og centriolar satellitter., RAB11FIP5 er involvert i intracellulære transport, og har tidligere ikke vist seg å lokalisere til centrosomes. Ved hjelp av uavhengige antistoffer, RAB11FIP5 er lokalisert til centriolar satellitter (oppdaget i En-431-celler). PCNT er et godt preget protein del av trådformede matrise av centrosome med viktige roller i både mitose og meiose (oppdaget i U-251-celler). MKKS er en centrosome-skytteltrafikk protein som lokaliserer til en tube-lignende struktur rundt sentrosomer i pericentriolar materiale (PCM) og er viktig for celledeling (oppdaget i U-2 OS-celler)., Normalt, MKKS transport mellom centrosome og cytosol i hele celle syklus, men når muterte, det klarer ikke å lokalisere til centrosome, som fører til McKusick Kaufman syndrom, en sykdom som manifesterer seg med svekket utvikling, spesielt på hender og føtter, så vel som hjerte-og genital feil.

Figur 2., 3% av all menneskelig protein-kodende gener koder for proteiner som er lokalisert til centrosome eller centriolar satellitter. Hver bar er klikkbare og gir et søkeresultat av proteiner som hører til den valgte kategorien.

strukturen av centrosome

Underlag

• Centriolar satellitt: 171
• Centrosome: 377

centrosome er en liten ikke-membranbundet organell som opptar ca 1-2 µm3 av cytoplasma volum (Doxsey S&perioden, (2001))., Det er sammensatt av to fat formet sentrosomer, hver bestående av ni microtubule trillinger, holdt sammen på en loddrett vinkel ved sammenhengende fiber. Den sentrosomer er omgitt av en amorf matrise av proteiner, vanligvis referert til som pericentriolar materiale (PCM), som inneholder proteiner som er involvert i nucleation og forankring av mikrotubuli, samt viktige celle syklus regulatorer og andre signalmolekyler. Pericentrin (Figur 1), γ-tubulin, ninein, centriolin og aurora kinases er noen eksempler (Doxsey S&perioden, (2001)).,Den γ-tubulin protein kompleks er en svært bevart kompleks som danner en åpen ring struktur, rundt 25 nm i diameter, og spiller en viktig rolle i nucleation av mikrotubuli. Som en viktig regulator av mitosen, struktur og sammensetning av centrosome er svært dynamisk og gjennomgår dramatiske endringene i hele celle syklus (Bornens M&perioden; (2002); Conduit PT et al. (2015)).

centrosomes, samt basal body av flimmerhårene, er tett omgitt av cytoplasmatiske partikler, kjent som centriolar satellitter (Tollenaere MA et al., (2015); Prosser SL et al. (2020)). Centriolar satellitter reise langs mikrotubuli av foreningen med motor proteiner og er kjent for å inneholde en rekke proteiner som er også funnet i centrosomes og cilia. Centriolar satellitter som kan observeres i de fleste celletyper, men deres sammensetning, størrelse, antall og plassering varierer. Centriolar satellitter demontere ved innreise til mitose, bur på nytt ved gjennomføring av cytokinesis.

Et utvalg av proteiner egnet som markører for centrosome og centriolar satellitter kan bli funnet i Tabell 1., En liste over svært uttrykte proteiner som lokalisere til centrosomes og centriolar satellitter er oppsummert i Tabell 2.

Tabell 1. Utvalget av proteiner egnet som markører for centrosome og centriolar 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., Svært uttrykt centrosome og centriolar satellitt-markør proteiner, i ulike 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.,

funksjon av centrosome

Den viktigste funksjonen av centrosome er organisering av mikrotubuli i cellen, og dermed styrer cellenes form, polaritet, spredning, bevegelse og celledeling. I S-fasen, centrosome er replikert i en semi-konservativ måte, noe som resulterer i dannelsen av en datter centriole ved siden av hver av foreldrenes sentrosomer. Som cellen tilnærminger mitose, de to centrosomes, som hver inneholder en foreldrekontroll centriole og en modning procentriole, flytte til motsatt ende av cellen., På samme tid, mengden av omkringliggende PCM proteiner øke, slik at nucleation av mer mikrotubuli. Når det kjernefysiske membran bryter ned, mikrotubuli som stammer fra hver av de centrosomes kan samhandle med kinetochores på replikert søster kromatidene, danner den karakteristiske mitotic spindel. Den intrikate spindel apparater formidler separasjon av søster kromatidene til motsatt ende av cellen, og på cytokinesis hver av dattercellene leveres med ett sett med kromosomer og en centrosome. Foreldrenes centriole, dvs., den eldre av de to i centriole par, har også en sentral rolle i dannelsen av cilia og flagella. Videre er økende bevis tyder på en mer allsidig funksjon av centrosome, spesielt peke på dens evne til å koordinere en myriade av cellulære funksjoner ved å fungere som en kompakt knutepunkt der cytoplasma proteiner kan interagere ved høye konsentrasjoner (Doxsey S&perioden, (2001); Rieder CL et al. (2001)).,

Centriolar satellitter har lenge vært regnet som kjøretøy for protein handel til og fra centrosome og cilia, og dermed spiller en rolle i dynamisk regulering av protein sammensetning i disse organeller (Tollenaere MA et al. (2015); Prosser SL et al. (2020)). Faktisk, flere proteiner som lokalisere til centriolar satellitter har vært innblandet i centrosome replikering, modning og separasjon., Men i nyere studier, centriolar satellitter har også dukket opp som regulatorer av flere andre cellulære prosesser, slik som protein nedbrytning og autophagy, noen som er uavhengige av centrosomes og cilia. På samme måte, centrosomes og cilia er ikke fullstendig avhengig av centriolar satellitter.,

Som sentrale myndigheter av kromosom segregering og celle syklus progresjon, abnormiteter i antall, størrelse og morfologi av centrosome, og mutasjoner i genene som koder protein som lokalisere til centrosomes, er ofte observert i cellene gjennomgår tumorigenesis, men også i noen andre sykdommer (Badano JL et al. (2005)).

Gene Ontology (GO)-basert analyse av genene som koder for proteiner som lokalisere til centrosomes eller centriolar satellitter viser berikelse av begreper som beskriver funksjoner som er godt i tråd med eksisterende litteratur., Den mest høyanriket vilkår for å GÅ domene Biologiske Prosessen er relatert til mitose og cytokinesis, celle syklus progresjon, endocytosis, organisering av microtubule cytoskeleton, og organisering av organeller (Figur 3a). Berikelse analyse av GÅ domene Molekylær Funksjon avsløre berikelse av vilkårene binding til mikrotubuli og motor proteiner, samt motorisk aktivitet (Figur 3b).

Figur 3a. Gene Ontology-basert berikelse analyse for centrosome proteome som viser betydelig bedre vilkår for å GÅ domene Biologiske Prosessen., Hver bar er klikkbare og gir et søkeresultat av proteiner som hører til den valgte kategorien.

Figur 3b. Gene Ontology-basert berikelse analyse for centrosome proteome som viser betydelig bedre vilkår for å GÅ domene Molekylær Funksjon. Hver bar er klikkbare og gir et søkeresultat av proteiner som hører til den valgte kategorien.

Centrosome proteiner med flere plasseringer

Omtrent 78% (n=428) av centrosome og centriolar satellitt-proteiner oppdaget i Cellen Atlas også lokalisere til andre mobile avdelinger (Figur 4)., Nettverket plottet viser at den mest vanlige plasseringer delt med centrosome og centriolar satellitter er cytoplasma, kjernen og blemmer. Dual lokaliseringer med nucleoplasm og cytosol er overrepresentert, mens dual lokaliseringer med Golgi apparatet og nucleoli er underrepresentert.

Figur 4. Interaktive nettverk tomt på microtubule proteiner med flere lokaliseringer. Tallene i connecting noder vise proteiner som er lokalisert til centrosome og til ett eller flere steder., Bare koble noder som inneholder mer enn ett protein og minst 0,5% av proteiner i centrosome proteome er vist. Sirkelen størrelser er relatert til antall proteiner. Cyan fargede noder vise kombinasjoner som er betydelig overrepresentert, mens magenta farget noder vise kombinasjoner som er betydelig underrepresentert i forhold til sannsynligheten for å observere at kombinasjonen basert på frekvensen av hver anmerkning og en hypergeometric test (p≤0.05). Merk at denne beregningen er bare gjort for proteiner med to lokaliseringene., Hver node er klikkbare og fører til en liste av alle proteiner som finnes i den tilkoblede organeller.

Uttrykk nivåer av centrosome proteiner i vev

Transcriptome analyse og klassifisering av gener inn i vev fordeling kategorier (Figur 8) viser at centrosome og centriolar satellitt-proteiner er ikke mer sannsynlig å vise en bestemt type vev fordeling, i forhold til alle gener som er presentert i Cellen Atlas.

Figur 5., Bar-plott som viser hvor mange prosent av gener i ulike vev fordeling kategorier for genene som koder for proteiner som lokalisere til centrosome eller centriolar satellitter, i forhold til alle gener i Cellen Atlas. Stjerne markerer et statistisk signifikant avvik (p≤0.05) i antall gener i en kategori basert på en binomial statistisk test. Hver bar er klikkbare og gir et søkeresultat av proteiner som hører til den valgte kategorien.

Relevante lenker og publikasjoner

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