het centrosoom is het belangrijkste microtubule organiserende centrum (MTOC) in menselijke cellen, en is veel bestudeerd sinds Theodor Boveri het voor het eerst benoemde en beschreef in 1888. Hoewel centrosome een kleine organel is, is het van groot belang voor fundamentele cellulaire functies. Gelegen naast de kern, is de belangrijkste rol van centrosome de intracellular organisatie van microtubules te regelen., Tijdens celdeling, is centrosoom de belangrijkste verantwoordelijke organelle voor de correcte vorming en oriëntatie van de mitotic spindel, die juiste scheiding van zusterchromatiden aan elk van de dochtercellen verzekert (Nigg ea et al. (2011)).
in de Celatlas is aangetoond dat 548 genen (3% van alle eiwitcoderende menselijke genen) eiwitten coderen die zich lokaliseren aan de centrosoom of de centriolaire satellieten. In beelden waar het mogelijk is geweest om centrioles te onderscheiden, zijn de proteã nen geannoteerd met de plaats “centrosome”., In beelden waar de centrioles niet zijn ontdekt, maar de proteã ne lokaliseert aan het centrum van de microtubules, zijn de proteã nen geannoteerd met de plaats “centriolar satelliet” (figuur 1-2). De functionele verrijkingsanalyse van centrosome proteome toont verrijking van termen voor biologische processen met betrekking tot intracellular organisatie en vervoer, organisatie van microtubules, de vooruitgang van de celcyclus en celdeling.
RAB11FIP5-a – 431
PCNT-u – 251 MG
MKKS-u-2 OS
figuur 1. Voorbeelden voor proteã nen die aan centrosome en centriolar satellieten worden gelokaliseerd., RAB11FIP5 is betrokken bij intracellular vervoer en is eerder niet getoond om aan centrosomes te lokaliseren. Door onafhankelijke antilichamen te gebruiken, wordt RAB11FIP5 gelokaliseerd aan centriolaire satellieten (ontdekt in a-431 cellen). PCNT is een goed-gekarakteriseerde eiwitcomponent van de filamenteuze Matrijs van centrosome met belangrijke rollen in zowel mitose als meiosis (ontdekt in u-251 cellen). MKKS is een centrosoom-shuttling eiwit dat lokaliseert aan een buisvormige structuur rond de centriolen in het pericentriolaire materiaal (PCM) en is belangrijk voor celdeling (gedetecteerd in U-2 os cellen)., Normaal, mkks shuttles tussen de centrosoom en de cytosol gedurende de celcyclus, maar wanneer gemuteerd, het niet te lokaliseren aan de centrosoom, wat leidt tot het McKusick Kaufman syndroom, een ziekte die zich manifesteert met verminderde ontwikkeling, vooral van handen en voeten, evenals hart en genitale gebreken.
- 3% (548 eiwitten) van alle menselijke eiwitten is experimenteel gedetecteerd in het centrosoom door de humane Eiwitatlas.,
- 145 eiwitten in het centrosoom worden ondersteund door experimenteel bewijs en van deze 36 eiwitten worden versterkt door de humane Eiwitatlas.
- 428 eiwitten in het centrosoom hebben meerdere locaties.
- 28 eiwitten in het centrosoom vertonen een cel tot cel variatie. Hiervan vertonen 27 een variatie in intensiteit en 1 een ruimtelijke variatie.
- eiwitten die lokaliseren naar het centrosoom zijn voornamelijk betrokken bij intracellulaire organisatie en transport, microtubule organisatie en progressie van de celcyclus.
Figuur 2., 3% van alle menselijke eiwitcoderende genen coderen eiwitten gelokaliseerd aan de centrosoom of de centriolaire satellieten. Elke bar is klikbaar en geeft een zoekresultaat van eiwitten die behoren tot de geselecteerde categorie.
de structuur van het centrosoom
substructuren
- Centriolaire satelliet: 171
- centrosoom: 377
het centrosoom is een klein organel dat niet aan membraan gebonden is en ongeveer 1-2 µm3 van het cytoplasmatische volume bezet (Doxsey s&periode; (2001))., Het is samengesteld uit twee vatvormige centriolen, elk samengesteld uit negen microtubule-drielingen, die onder een loodrechte hoek bij elkaar worden gehouden door vezels met elkaar te verbinden. Centrioles worden omringd door een amorfe die matrijs van proteã nen, algemeen als pericentriolar materiaal wordt bedoeld (PCM), die proteã nen betrokken bij nucleation en het verankeren van microtubules, evenals belangrijke regelgevers van de celcyclus en andere signalerende molecules bevat. Pericentrine (figuur 1), γ-tubuline, nineïne, centrioline en aurora kinases zijn enkele voorbeelden (Doxsey s&periode; (2001)).,Het complex van de γ-tubulineproteã ne is een hoogst behouden complex dat een open ringstructuur, rond 25 nm in diameter vormt, en een belangrijke rol in nucleation van microtubules speelt. Als een belangrijke regulator van mitose, is de structuur en samenstelling van het centrosoom zeer dynamisch en ondergaat dramatische organisatorische veranderingen gedurende de celcyclus (Bornens M&periode; (2002); Conduit PT et al. (2015)).
De centrosomen, evenals het basale lichaam van trilharen, zijn nauw omgeven door cytoplasmatische granulaten, bekend als centriolaire satellieten (Tollenaere MA et al., (2015); Prosser SL et al. (2020)). Centriolar satellieten reizen langs microtubules door associatie met motorproteã nen en zijn gekend om een aantal proteã nen te bevatten die ook in centrosomes en trilharen worden gevonden. Centriolaire satellieten kunnen worden waargenomen in de meeste celtypen, maar hun samenstelling, grootte, aantal en locatie varieert. Centriolaire satellieten demonteren bij het betreden van de mitose, bur verschijnen na voltooiing van de cytokinese.
een selectie van eiwitten die geschikt zijn als markers voor de centrosoom en de centriolaire satellieten is te vinden in Tabel 1., Een lijst van hoogst uitgedrukte proteã nen die aan centrosomes en centriolar satellieten lokaliseren wordt samengevat in lijst 2.
Tabel 1. Selectie van proteã nen geschikt als tellers voor de centrosome en centriolar satellieten.,v id=”02794f7097″>
Cytosol
Cytosol
Table 2., Hoogst uitgedrukt centrosoom en centriolar satelliet teller proteã nen, in verschillende cellijnen., oncogene partner
See the morphology of centrosomes in human induced stem cells in the Allen Cell Explorer.,
de functie van het centrosoom
de belangrijkste functie van het centrosoom is de organisatie van microtubuli in de cel, waardoor de cellulaire vorm, polariteit, proliferatie, mobiliteit en celdeling worden gecontroleerd. Tijdens S-fase, centrosome wordt herhaald op een semi-conservatieve manier, resulterend in vorming van één dochter centriole naast elk van de ouderlijke centrioles. Aangezien de cel mitose nadert, bewegen de twee centrosomes, die elk ouder centriole en het rijpen procentriole bevatten, zich aan tegenovergestelde einden van de cel., Tegelijkertijd, stijgt de hoeveelheid omringende PCM-proteã nen, die nucleation van meer microtubules toelaten. Wanneer het kernmembraan afbreekt, kunnen de microtubules die van elk van centrosomes afkomstig zijn met kinetochores op de herhaalde zusterchromatiden in wisselwerking staan, die de kenmerkende mitotic as vormen. Het ingewikkelde spindelapparaat bemiddelt scheiding van zusterchromatiden aan tegenovergestelde einden van de cel, en op cytokinesis wordt elk van de dochtercellen voorzien van één reeks chromosomen en één centrosoom. De ouderlijke centriool, d.w.z., de oudere van de twee in het centriolepaar, heeft ook een centrale rol in vorming van trilharen en flagella. Bovendien suggereert het toenemende bewijsmateriaal een veelzijdiger functie van het centrosoom, vooral wijzend op zijn capaciteit om een groot aantal cellulaire functies te coördineren door als een compacte hub te dienen waar cytoplasmic proteã nen bij hoge concentraties kunnen interageren (doxsey s&periode; (2001); Rieder CL et al. (2001)).,
Centriolaire satellieten worden al lang beschouwd als voertuigen voor de handel in eiwitten van en naar het centrosoom en de trilharen, en spelen dus een rol in de dynamische regulering van de eiwitsamenstelling in deze organellen (Tollenaere MA et al. (2015); Prosser SL et al. (2020)). Inderdaad, zijn verscheidene proteã nen die aan centriolar satellieten lokaliseren betrokken bij centrosome replicatie, rijping en scheiding., Nochtans, in recente studies, zijn centriolar satellieten ook naar voren gekomen als regelgevers van veelvoudige andere cellulaire processen, zoals eiwitdegradatie en autophagy, waarvan sommige onafhankelijk van centrosomes en trilharen zijn. Ook centrosomen en trilharen zijn niet volledig afhankelijk van centriolaire satellieten.,
als belangrijke regulatoren van chromosoomsegregatie en progressie van de celcyclus, worden afwijkingen in aantal, grootte en morfologie van het centrosoom, en mutaties in genen die coderen voor eiwit dat zich tot centrosomen lokaliseert, vaak waargenomen in cellen die tumorigenese ondergaan, maar ook bij enkele andere ziekten (Badano JL et al. (2005)).
Genontologie (GO)-gebaseerde analyse van genen die coderen voor eiwitten die lokaliseren naar centrosomen of centriolaire satellieten toont verrijking van termen die functies beschrijven die goed in lijn zijn met bestaande literatuur., De hoogst verrijkte termen voor het biologische proces van het GO-domein zijn verwant met mitose en cytokinesis, de vooruitgang van de celcyclus, endocytose, organisatie van microtubule cytoskeleton, en organisatie van organellen (figuur 3a). De verrijkingsanalyse van de moleculaire functie van het GO-domein onthult verrijking van termen die band aan microtubules en motorproteã nen, evenals motoractiviteit beschrijven (figuur 3b).
figuur 3a. op Genontologie gebaseerde verrijkingsanalyse voor het centrosome proteoom, waaruit de significant verrijkte termen voor het biologische proces van het GO-domein blijken., Elke bar is klikbaar en geeft een zoekresultaat van eiwitten die behoren tot de geselecteerde categorie.
figuur 3b. op Genontologie gebaseerde verrijkingsanalyse voor het centrosoom proteoom die de significant verrijkte termen voor de Go-domein moleculaire functie toont. Elke bar is klikbaar en geeft een zoekresultaat van eiwitten die behoren tot de geselecteerde categorie.
Centrosoomeiwitten met meerdere locaties
ongeveer 78% (n=428) van de centrosoom-en centriolaire satellieteiwitten die in de Celatlas worden gedetecteerd, lokaliseren ook andere cellulaire compartimenten (Figuur 4)., De netwerkplot laat zien dat de meest voorkomende locaties gedeeld met de centrosoom en centriolaire satellieten zijn het cytoplasma, kern en blaasjes. Dubbele lokalisaties met nucleoplasma en cytosol zijn oververtegenwoordigd, terwijl dubbele lokalisaties met het Golgi-apparaat en nucleoli ondervertegenwoordigd zijn.
Figuur 4. Interactief netwerkplot van microtubuleproteã nen met veelvoudige lokalisaties. De aantallen in de verbindende knopen tonen de proteã nen die aan centrosome en aan één of meer extra plaatsen worden gelokaliseerd., Slechts verbindende knopen die meer dan één proteã ne en minstens 0.5% proteã nen in centrosome proteome bevatten worden getoond. De cirkelgrootte is gerelateerd aan het aantal proteã nen. De cyaan gekleurde knooppunten tonen combinaties die beduidend oververtegenwoordigd zijn, terwijl magenta gekleurde knooppunten combinaties tonen die beduidend ondervertegenwoordigd zijn in vergelijking met de waarschijnlijkheid van het observeren van die combinatie op basis van de frequentie van elke annotatie en een hypergeometrische test (P≤0,05). Merk op dat deze berekening slechts voor proteã nen met dubbele lokalisaties wordt gedaan., Elke knoop is klikbaar en resulteert in een lijst van alle proteã nen die in de verbonden organellen worden gevonden.
expressieniveaus van centrosoomeiwitten in weefsel
Transcriptoomanalyse en classificatie van genen in weefseldistributiecategorieën (Figuur 8) toont aan dat centrosoomeiwitten en centriolaire satellieteiwitten niet eerder een bepaald type weefseldistributie vertonen dan alle genen in de Celatlas.
Figuur 5., Staafgrafiek die het percentage genen in verschillende categorieën van de weefseldistributie toont voor genen die proteã NEN coderen die aan centrosoom of centriolaire satellieten lokaliseren, in vergelijking met alle genen in de Celatlas. Asterisk geeft een statistisch significante afwijking (p≤0,05) aan in het aantal genen in een categorie op basis van een binomiale statistische test. Elke bar is klikbaar en geeft een zoekresultaat van eiwitten die behoren tot de geselecteerde categorie.
relevante links en publicaties
Bovery T. 1900. Zellen-Studien. Verlag von Gustav Fischer.