Left: Higher magnification of the centrosome associated with the newly divided cell. Right: A PtK1 centrosome that is in the process of replication. Note that a primary cilium is associated with the oldest centriole

Centrosome organization

Центросомы необычны тем, что они являются немембранными органеллами в большинстве клеток позвоночных. that they are the only non-membranous organelles in most vertebrate cells. Они занимают небольшой объем (1–2μm³), почти в центре клетки и они обычно расположены в тесной близи к ядру. У большинства клеток позвоночных центросомы состоят из двух основных субструктур - центриолей и перицентриолярного материала (Рис.1). Центриоли являются довольно симметричными бочкообразными структурами, ~0.5μm long и ~0.2 μm в диаметре. Их симметрия обусловливается девятью наборами триплетов микротрубочек, которые и образуют бочку вместе с др. элементами (Рис.1). Каждая центросома имеет две центриоли, которые расположены под прямым углом др. к др. и в тесно соприкасаются проксимальными концами. Одна центриоля имеет дополнительный придаток на удаленной от др. центриоли (дистальном) конце и называется она матерью или материнской центриолей.

Перицентриолярный материал обычно окружает центриоли и место nucleation микротрубочек. Этот материал, по-видимому, является взаимосвязанной сетью волокон и агрегатов белков, которы формируют матрикс или структурную решетку( lattice). Этот матрикс, по-видимому, высоко динамичен и состоит из высокой пропорции суперскурченных COILED-COIL белков. Элементы матрикса представляют собой структурную основу для закрепления белков , которые участвуют в nucleation микротрубочек и др. активностях.

В точности функция центриолей неясна. Известно, что клетки высших растений, некоторые мейотические клетки и яйцеклетки некоторых эмбриональных систем не имеют центриолей. Эти клетки формируют микротрубочки -organizing centres (MTOCs) без центриолей, сходные по проявлению и составу с компетентным к nucleation перицентриолярному материалу центросом. В клетках, которые содержат их, центриоли м. удлиннять предсуществующие микротрубочки с дистального конца, продуцируя одиночный, неподвижный PRIMARY CILIUM . Функция primary cilium неизвестна, но дефекты этой структуры в клетках собиращих канальацев почек, по-видимому, вносят вклад в polycystic kidney disease. По этой причине, the primary cilium очевидно выполняет важную клеточную функцию, такую как измерение тока раствора или определение концентрации ионов в этих ( и вообще-то в др. ) клетках.

Базальные тельца являются кузинами центриролей, которые лишены перицентриолярного материала и формируют подвижные ресничка и flagella, также путем удлиннения предсуществующих микротрубочек. Базальные тельца спермиев действуют как матрицы для организации материнских компонент яйцеклетки после оплодотворения. Неспособность базальных телец спермиев человека рекрутировать компоненты материнских центросом проявляется в неспособности оплодотворения. Более того, предполагается, что базальные тельца м. б. потеряны или повреждены во время препарации ядер, которая используется для intracytoplasmic sperm injection (ICSI) и для in vitro клонирования позвоночных и м., следовательно, вносить свой вклад в снижение успешности этих процедур.

Центриоли, подобно базальным тельцам, по-видимому, вовлечены в рекрутирование и организацию компонент центросом в соматических клетка: их разушение с помощью антител против стабилизированных центриолярных микротрубочек индуцирует дисперсию ассоциированного перицентриолярного материала. Их дополнительная функция обсуждается в секции CYTOKINESIS и G1 - S переход.

Centrosome-mediated microtubules events

Nucleation (образование ядра) microtubules. Центросомы являются основным сайтом нуклеации микротрубочек. Если клетки обработаны хим. в-вом, которое деполимеризует микротрубочки, а затем отмыты, то микротрубочки вырастают снова непосредственно из центросом. Centrosome-nucleated микротрубочки пояризуются со своих быстро растущих (plus) концов в цитоплазме, а их медленно растущие (или minus) концы закреплены в центросоме. Геометрия этих микротрубочек регулярна, каждая имеет 13 протофиламент, которые организованы в трубчатые структуры. Нпротив, микротрубочки растущие in vitro при высокой концентрации тубулина имеют варьирующее числе протофиламент. Это указывает на присутствие матрицы для сборки микротрубочек в центросоме.

Одной из матриц для нуклеации (образования ядра)микротрубочек на центросоме является кольцеобразный мультибелковый комплекс, содержащий γ-tubulin — белок, который очень сходен с α- и β-tubulins, но обнаруживается в первую очередь в центросомах и не включается в микротрубочки. Эти γ-tubulin ring complexes (γTuRCs) обнаруживаются также в цитоплазме, но их функция неизвестна. Они м. участвовать в нуклеации или capping цитоплазматических микротрубочек или они м.б. просто источником nucleating комплексов, которые рекрутируются в центросомы, когда необходима усиленная нуклеация микротрубочек. Почкующиеся дрожжи имеют маленький, простой γ-tubulin комплекс, тогда как др. организмы имеют как большие, так и малые γ-tubulin комплексы. Малый γ-tubulin комплекс и даже один γ-tubulin м. формировать ядро микротрубочки, хотя и с низкой эффективностью. Три белка, которые составляю малый комплекс у дрожжей — Spc97, Spc98 и Tub4 — законсервированы и у др. организмов, указывая тем самым, что они выполняют важные функции в нуклеации микротрубочек.

Анализ структуры и функции γTuRC показал, что он м.б. матрицей для нуклеации микротрубочек и что его caps м.б. минус концы микротрубочек. γTuRCs являются куполообразными с одной стороны и имеют повторяющиеся субъединицы с другой, которые, как полагают, являются малыми γ-tubulin комплексами. Предложена модель структуры γTuRC, где несколько малых γ-tubulin субкомплексов организованы в кольцо с помощью др. членов subcomplexes are organized into a ring by other members of the γTuRC. Молекулы γ-tubulin внутри малых комплексов , по-видимому, организуют ядро микротрубочковых протофиламент перпендикулярно к кольцу, а латеральные взаимодейсвтвия между протофиламентами обеспечивают формирование тубулярной структуры.

Альтернативная структура предположена для γ-tubulin комплекса, в котором короткий сегмент составлен из γ-tubulin субкомплексов, обеспечивающих преформированние протофиламент. В этой модели, γ-tubulin комплексы д.б. организованы в кривую, кольцеподобную структуру. сходную с γTuRC. Однако, каждый γ-tubulin коплекс д. взаимодействовать латерально с α/β-димером, чтобы сформировать микротрубочковые протофиламенты параллельно - скорее, чем перпендикулярно — полоске γ-tubulin субъединиц. Это должно распремлять кольцо γ-tubulin комплексов и продуцировать слой α/β-tubulin протофиламент, которые должны будут последовательно складыаться в трубку, формируя микротрубочки. Пока неясно какая из двух моделей действительно используется для нуклеации микротрубочек.

Мало известно и о том, как γ-tubulin комплексы рекрутируются и закрепляются на центросомах в клетках млекопитающих. Они могут формировать ядро микротрубочек in vitro, но нуждаюется в дополнительных факторах для сборки на центросомах. В почкующихся дрожжах полярные тельца веретена (spindle pole bodies), Spc72 во внутренней (nuclear) plaque и Spc110 в наружной (cytoplasmic) plaque, закрепляют γ-tubulin комплексы. Asp (abnormal spindle) белок у Drosophila melanogaster, вместе с изолированными γTuRCs, м. восстанавливать нуклеацию микротрубочек на salt-stripped цетросомах, указывая тем самым, что этот белок м. служить центросомным якорем для γ-tubulin во время MITOSIS . У млекопитающих и Xenopus laevis идентифицированы Spc110-родственные белки, но неясно участвуют ли они в сборке γ-tubulin комплексов или связываются с человеческими гомологами Spc97/Spc98 (GCP2/GCP3).

Pericentrin вовлечен в поставку γTuRCs в центросомы клеток позвоночных. Он связывается с GCP2 и/или GCP3 γTuRC. GCP2/GCP3-связывающий домен перицентрина и pericentrin антитела, оба связывают компоненты эндогенного γ-tubulin комплекса у Xenopus и в клеточных экстрактах, и оба ингибируют образование ASTER и рекрутирование γ-tubulin в центриоли спермиев в экстрактах Xenopus. Большая изоформа pericentrin — наз. pericentrin B или kendrin — обладает общей гомологией с calmodulin-связывающим доменом дрожжевого γ-tubulin-связывающего белка Spc110, и, по-видимому, является гомологом у позвоночных. Характеристики Pericentrin B говорят о том, что оно отличен от pericentrin: он присутствует в белковых комплексах разных S VALUES , а изоформ-специфичные антитела, по-видимому, не ингибируют формирование звезд в Spisula solidissima экстрактах, тогда как перицентриновые антитела ингибируют звезды в экстрактах Xenopus.

Polo и aurora киназы локализуются на центросомах и важны для интеграции и разделения центросом , соотв. Polo мутанты у Drosophila нарушают организацию как митотического веретена, так и ассоциацию с центросомами γ-tubulin. Экстракты из polo-мутантных эмбрионов не м. восстанавливать способность salt-stripped центросом формировать ядра микротрубочек звезд. Она м.б. востановлена при добавлении фосфорилировнного Asp или активног Polo киназы. Polo и Asp ко-фракционируются в градиентах, соответствующих большим комплексам (25–38 S), и они ко-преципитируют др. с др. и с γ-tubulin. Более того, Polo фосфорилирует Asp in vitro, указывая тем самым на возможный механизм сборки митотических центросом, в котором активрованный Polo Asp связывает с и закрепляет γ-tubulin комплексы на центросомах.

Microtubule anchoring. Похоже, что нуклеация и закрепление микротрубочек - это два отдельных процесса, обеспечиваемые разными классами молекул (Рис. 2). Участки, функционирующие как сайты закрепления сотен минус концов микротрубочеки, не содержат компонентов, которые обычео связаны с нуклеацией микротрубочек, такие как γ-tubulin и pericentrin. Лишь два белка локализованы в этих спирализированых сайтах закрепления микротрубочек — ninein и centriolin. Эти белки ассоциируют также с субдистальными придатками материнских центриолей, которые также действуют как сайты закрепления микротрубочек и также не содержат белков, связанных с нуклеацией микротрубочек.

(Рис.2.)

| Model for микротрубочки nucleation, release и anchoring at centrosomes и in epithelial cells.

Во время митозов, по-видимому, необходимы разные типы закрепления минус концов микротрубочек. Митотические микротрубочки прикрепляются своими плюс концами к специализированным сайтам хромосом, наз. KINETOCHORES , и прикрепляются своими минус концами к центросомам или полюсам веретена. Однако, эти взаимодействия не являются статичными — α- и β-tubulin субъединицы непрерывно добавляются к кинетохорным концам и теряются на концах, внедренных в полюса веретена. Это обеспечивает непрерывное изменение микротрубочек при отсутствии движений хромосом или полюсов веретена. Чтобы поддерживать эту динамическую ассоциацию необходимы молекулы, которые м. оставаться соединенными с движущимися микротрубочками, такие как ассоциировнные с полюсами веретена моторные белки.

Microtubule release. Высвобождение микротрубочек из центросом наблюдается в соматических клетках. Одним из кандидатов на роль белка, ассоциированного с центросомами, является белок katanin, который разрушает микротрубочки in vitro⁴⁸ и in vivo. Др. кандидатами являются члены субсемейства Kin1 kinesins (XKCM1 и XKIF2), которые дестабилизируют in-vitro-собранные микротрубочки одинаково на минус и плюс концах.

Гипотетическая модель, которая суммирует данные о функции центросом по нуклеации, разрушению и закреплению микротрубочек представлена на (Рис.3). Микротрубочки nucleated с помощью перицентриолярного материала центросом высвобождаются благодаря активности белков, разрушающих микротрубочки. Они затем транслоцируются в апикальные домены в специализированных эпителиальных клетках или в субдистальные придатки центриолей, где они закрепляются. Механизмы, с помощью которых микротрубочки вырезаются, транслоцируются и закрепляются в сайтах, отдельных от тех, что обеспечивают нуклеацию микротрубочек, пока невыяснены.

(Рис.3.)

| Models for centrosome protein assembly.

Centrosome dynamics

Многие центросомные белки подвергаются клеточным циклом регулируемой сборке в центросомах из цитоплазматических пулов как белковых комплексов, так и больших белковых частиц (Рис.3). Cytoplasmic dynein обеспечивает сборку белков центросом/полюсов веретена как в клеточных системах позвоночных, так и в эмбриональных системах. Dynein взаимодействует со многими белками centrosome/spindle pole и обеспечивает их взаимодействие с микртотрубочками. Более того, эти белки подвергаются centripetal, зависящими от микротрубочек движениям, которые заканчиваются в центросомах и их накопление в центросомах зависит от функции dynein. Локализация центросомных белков м. происходить ретроградно, с помощью динеин-зависимого транспорта вдоль микротрубочковых трэков с помощью процесса, сходного с intraflagellar транспортом ( Box 1).

Существуют также микротрубочки- и dynein-независимые механизмы сборки центросомных белков как в эмбриональных системах, так и в клетках позвоночных . Возможно, что dynein-зависимые и dynein-независимые механизмы представляют собой взаимозаменяемые пути сборки центросом с предоминированием одного из них в определенных биологических системах или во время разных стадий клеточного цикла.

Центриоли досольно динамичны. В клетках, экспрессирующих centrin, слитый с green fluorescent protein (GFP), обе, материнская и дочерняя центриоли подвергаются заметным движениям и движутся независимо одна от др. Более того. во время финальных стадий клеточных делений (cytokinesis), материнская центриоль движется через всю клетку в позицию, соседнюю с местом клеточного разделения (Рис. 4). Некоторые из этих митотических движения являются микротрубочки-зависимыми и м. б. обеспечены за счет взаимодействия между микротрубочками, ассоциированными с центриолями, и областями плазматической мембраны вблизи места разделения клетки.

(Рис.4.)

| Centrosome и spindle pole body positioning during cytokinesis.

Centrosomes и mitotic spindle assembly?

Роль центросом в сборке и функционировании веретена выявлена еще в конце 1800s. Казалось логичным, что центросомы участвуют в сборке веретена благодаря своей микротрубочки-nucleating и организующей функции и своей ассоциации с полючами ветерена. Однако, высшие растения и многие развивающиеся системы не имеют канонических центросом, но образуют нормальные веретена и осуществляют деления клеток. Более того, установлено, что центросомы необязательны для сборки веретена в клетках млекопитающих, указывая тем самым на то. что большинство — если не все — клеток м. собрать веретена без участия центросом.

Если центросомы присутствуют, то они действуют доминантно, организуя полюсы веретен. Центросомами-обусловленная сборка веретена м. обеспечивать запасной (redundant) путь, гарантирующий высокую точность сегрегации хромосом. Альтернативно, это м. гарантировать, что центросомы будут наследоваться во время каждого клеточного деления, так что они м. выполнять др. важные клеточные функции.

Доминирование центросом в формировании полюсов ветерена м. иметь важное значение в опухолях человека. Когда присутствует более двух копий центросом. то они м. способствовать образованию мультиполярных веретен, которые вудут к неправильному расхождению хромосом и к ANEUPLOIDY . Итак, хотя роль центросом в сборке биполярных веретен неясна окончательно, их доминантная роль в формировании полюсов веретен м. вносить вклад в генетическую нестабильность, наблюдаемую в опухолевых клетках с сверхчисленными центросомами.

Positioning of the mitotic spindle

Позиционирование веретена в клетке важно для нескольких фундаментальных процессов, включая правильное расхождение хромосом, асимметричное распределние судьбаносных детерминант. нормальные и асимметричные деления клеток и определение плоскости деления. Центросомы и ассоциированные astral микротрубочки, по-видимому, важны для поозиционирования веретена в клетках млекопитающих и дрожжей. Общим свойством этих систем является взаимодействие молекул на плюс концах ассоциировнных с центросомами астральных микротрубочек с цитоплазматическим dynein, локализованным с кортексе клеток. Силы, генерируемые вне центрального веретена с помощью dynein, вносят вклад, по крайней мере частично, в управление силами позиционирования веретена. В клетках млекопитающих, где отсутствуют центросомы, астральные микротрубочки не образуются и веретена оказываются неправильно расположенными, и вызывают проблемы в последующем цитокинезе. Др. цитоскелетные элементы и моторы функционируют во время позиционирования ветерена, существуют также не центросомальные механизмы позиционирования веретена.

Cytokinesis/checkpoint activation

Роль митотического веретена в определении места расщепления клетки во время цитокинеза известна давно. Недавние исследования на клетках позвоночных связали активность центросом с завершением цитокинеза и переходим от G1 к S фазе клеточного цикла. Если центросомы элиминировны из интерфазных клеток, то митотические клетки все еще могут собирать митотические веретена, но примерно половина из них не способна заканчивать цитокинез. Клетки остаются соединенными межклеточными мостиками или абортированный цитокинез ведет к образованию двуядерных клеток.

Используя меченные центросомы, где centrin нагружен GFP, показано, что финальные события клеточного деления коррелируют с движением материнской центриоли к межклеточному мостику, связывающему делеящиеся клетки и эта локализация корелирует с сужением мостика и деполимеризацией микротрубочек внутри мостика. Более того, условия, которые напротив затрагивают движение центриолей, такие как изменения в клеточной adherence или confluency, задерживают цитокинез (Рис. 4). Эти исследования показывают, что центросомы м.б. вовлечены в активацию финальной стадии цитокинеза или в высвобождение клетки из-под CHECKPOINT , которая контролирует завершение митоза.

Результаты на почкующихся дрожжах согласуются с высвобождением из-под надзора (checkpoint). Дрожжевые клетки остаются в цитокинеза до тех пор, пока тело полюса веретена движется в образующуюся дочернюю клетку (bud), приводя в контакт GDP-связанную форму Tem1 на тельце полюса веретена с GUANINE-NUCLEOTIDE EXCHANGE FACTOR , Lte1, в почке, продуцируя тем самым активированную Tem1–GTP. Эти события, вместе с деполимеризацией микротрубочек в месте соединения (шейке) почки и потерей контакта микротрубочек с шейкой, и запускают цитокинез и выход из митоза (Рис. 4). Итак, некоторые события на этом пути, по-видимому, сходны у дрожжей и позвоночных.

The G1 to S transition

В отсуствие центросом соматические клетки подвергаются аресту в G1, и не инициируют репликацию ДНК. Возможно, что клетки не делятся полностью, а остаются соединенными тонкими межклеточными мостиками или делятся с помощью crawling apart — процесса, который не возникает в нормальных тканях благодаря избыточности среды. Во всяком случае, эти клетки м. активировать checkpoint, осуществляющего мониторинг аберрантного числа центросом или вообще наличие избытка ДНК (двуядерные клетки). Наблюдения делений дрожжей, при которых цитокинез не запускает checkpoint, который ингибирует продолжение цикла клеточного ядра (хотя бы на поздних стадиях клеточного цикла; G2), согласуются с этой моделью. Или, центросомы м.б. необходимы для активации репликации ДНК - и вообще для рекрутирования или концентрации молекул, которые существенны для инициации синтеза ДНК. Все еще неясно, м. ли центросомы непосредственно обеспечивать эти события или м. ли дефекты центросом запускать checkpoints, которые следфт за завершением митоза. Независимо от механизма, одним из следствий потребности центросом для хода клеточного цикла является гарантия, что делящиеся клетки животных получат соответствующее количество функциональных центросом.

Actin polymerization

Центросомы м. также играть роль в координации полимеризации актина во время псевдоделений у эмбрионов Drosophila . Неожиданным при этом оказалось то, что центросомами-обусловленная полимеризация актина, по-видимому, не зависит от микротрубочек. Это указывает на то, чо полимеризация актина контролируется сиганлами, которые диффундируют от центросом или которые переносятся от центросом посредством механизма, независимого от микротрубочек. Открывается возможность, что центросомы действуют как центры диффузии сигнальных молекул и тем самым позволяют им влиять и на др. процессы в клетке. Центросомные градиенты активности, устанавливаемые таким способом м. созавать разные цитоплазматические условия , которые будут или активировать или ингибировать клеточные процессы тем же способом, что и белковые градиенты, отвечающие за формирование паттерна у эмбрионов Drosophila.

Monitoring DNA damage

Еще одна роль центросом м. заключаться в мониторинге ДНК повреждений. Во время раннего эмбриогенеза Drosophila, мутации в ДНК-репликационной checkpoint ведут к неспособности хромосом к сегрегации. Установлено, что центросомы у эмбрионов Drosophila отвечают на мутации в ДНК-репликационной checkpoint инактивацией центросом в митозе. Идентичные результаты получены, когда нормальные эмбрионы обработаны ДНК-повреждающими агентами или ингибиторами репликации ДНК. Во всех случаях митотические центросомы теряют компоненты γ-tubulin кольцевого комплекса и способность образовывать затравку (nucleation) астральных микротрубочек. Инактивация центросом м.б. частью системы контроля за повреждениями ДНК, которая предупреждает сегрегацию хромосом, если checkpoint, надзирающая за репликацией или повреждениями ДНК, нарушена.

Centrosome duplication

Похоже, что хромосомы, центросомы дуплицируются с точностью во время каждого клеточного цикла (Box 2). Точность и временные параметры удвоения центросом существенны для гарантии, что процесс эффективно будет сочетан с др. событиями, такими как ход клточного цикла и репликация ДНК. Разлад этих событий м. вести к избытку центросом, которые будут давать мультиполярные веретена или одиночные центросомы, ассоциированные с монополярными веретенами.

The centrosome cycle. Типичная соматическая клетка в G1 фазе содержит одну центросому с двумя центриолями. Первым видимым признаком удвоения центросомы является расщепление двух центриолей во время перехода G1/S (Рис. 5). На этой ранней стадии в процессе удвоения старая материнская центриоль (Рис. 1) и ассоциированный с нею перицентриолярный матриал м. быть отличены от имеющейся молодой дочерней центриоли. Ее придаток на самом дальнем конце от дочерней центриоли, и субнабора интегальных центросомных белков , таких как cenexin, ninein, ε-tubulin, centrin и centriolin. Во время S фазы, новые центриоли возникают из бока оригинальных центриолей и удлинняются во время G2 приобретая полную длину в поздней G2 или M фазе. Хотя кажется самым простым и наиболее эффективным вырастать новым центриолям из предсуществующих матриц, предоставляемых концами центриолей, рост происходит в материале, тесно окружающем центриоли, м возможно нуждается в γ-tubulin. Вопрос сложнее, т.к. базальные тельца и центриоли м. возникать из аморфоного цитоплазматических агрегатов, которые не имеют различимых матриц.

(Рис.5.)

| Centrosome duplication.

Во время процесса удвоения центриолярные микротрубочки удлиняются и накапливаются многие центриолярные и перицентриолярные компоненты. В G2/раннем митозе, удвоенные ценросомы разделяются в результате двухступенчатого процесса. Сначала материал, связывающий центросомы, по-видимому, разрывается с помощью активности центросомной киназы, NEK2, действующей на предполагаемый центросомный субстрат (cNAP1). Затем удвоенные центросомы отдаляются др от др в результате сочетанного действия молекулярных моторов на микротрубочки, находящиеся между двумя центросомами, а разделенные центросомы затем участвуют в организации митотического веретена.

Regulation. Многие регуляторные пути м. контролировать удвоение центросом. Многие из этих регуляторных белков, по-видимому, взаимодействуют с центросомами, хотя все еще неясно, осуществляют они свое влияние локально или более глобально. Ход клеточного цикла от G1 к S фазе нуждается в активности боелковых комплексов, содержащих центросом-ассоциированную cell-cycle киназу Cdk2 и cyclin E. У эмбрионов и в экстрактах яиц Xenopus ингибиторы Cdk2 блокируют удвоение центросом, очевидно на одной из самых ранних стадий — расщепления центриолей. Cdk2 необходима также для удвоения центросом в клетках млекопитающих. Однако, cyclin A , по-видимому, предоминирует в клеточных системах млекопитающих, тогда как cyclin E более активен у Xenopus. Дифференциальное связывание cyclins A или E в одном и том же организме также м. обеспечивать Cdk активность в разное время во время процесса удвоения.

Одной из нижестоящих мишеней для фосфорилирования Cdk2–cyclin E является мышиный ORTHOLOGUE дрожжевой Mps1 протеин киназы. Mps1 является субстратом для Cdk2, который, по-видимому, чтобы регулировать удвоение центросом, соединяется с Cdk2. Др. мишенью для Cdk2–cyclin E является nucleophosmin. Этот белок локализуется в центросомах до удвоения (поздняя M до G1), и высвобождается из центросом во время удвоения после фосфорилирования с помощью Cdk2–cyclin E. Ингибирование nucleophosmin в клетках млекопитающих с помощью антител или избыточной экспрессии мутантного белка, у которого отсутствует сайт фосфорилирования для Cdk2–cyclin E, ингибирует удвоение центросом на ранней стадии. Следовательно, nucleophosmin м. регулировать удвоение центросом путем предупреждения расщепления центриолей до тех пор, пока они не будут высвобождены из центросом или деградированы. Возможно, что nucleophosmin ультимативно регулируется с помощью p53–p21^Waf1/Cip, указывая тем самым на потенциальный механизм, с помощью которого удвоение центросом м.б. аномальным в опухолях.

Соответствует модели деградиции наблюдение, что убиквитином обусловленный путь протеолиза необходим для дупликации центросом. Ингибирование некоторых компонентов SCF COMPLEX и PROTEASOME в экстрактах и эмбрионах Xenopus ингибирует удвоение центросом и предупреждает расшепление центриолей, это подкрепляет идею, что протеолиз необходим для некоторых соединений между центриолями рано в процессе удвоения центросом. Мутации или нокаут SCF компонентов у мышей и Drosophila вызывает избыток центросом, это указывает на то, что протеолизная machinery ограничивается удвоением центросом.

Самая поздняя ступень удвоения центросом выявлена недавно. Белок Caenorhabditis elegans ZYG-1 являтся новой киназой, которая преимущественно необходима для образования новых центриолей. Мутанты zyg-1 формируют монополярные веретена с единственной центросомой, содержащей лишь одну центриоль. Однако, ход клеточного цикла в целом не нарушен у мутантов, а способность центриолей расщепляться. по-видимому, не нарушена. ZYG-1 локализуется в центросомах с начала G1 — времени, когда эмбрионы C. elegans , подобно многим др. эмбриональным системам, иницируют удвоения центросом. Следовательно, ZYG-1 aдействует на стадии процесса цдвоения после расщепления центриолей, скорее всего во время формирования молодых центриолей. Является ли киназа частью нового регуляторного пути или она непосредственно фосфорилирует центросомные белки, которые иницируют образование новых центриолей. Интересно также определить взаимодействует ли он функционально с др. путями, контролирующими удвоение центросом, такими как Cdk2–cyclin E, SCF и Mps1.

Anchoring of regulatory activities

Считается, что центросомы и полюса ветретен действуют как места прикрепления для молекулярных регуляторов клеточных функций, отличных от от функций, приписываемых центромомам. Молекулы, которые ассоциируют с центросомами участвуют в различных наборах клеточных функций, включая ход клеточного цикла, checkpoint контроль, функционирование центросом и веретена и обусловленная убиквитином деградация (Рис. 6). Однако, мало известно о значении для них положения центросом. У эмбрионов Drosophila cyclin B локализуется в центросомах во время митозов и деградирует, когда клетка переходит из метафазы в анафазу. Деградация распростраянется от центросомы по веретену к хромосомам и задерживается, если центросомы отсоединены от полюсов веретена. Очевидно, что деградация циклинов — и вообще др. белков — является solid-state феноменом, на это указывает определенная клеточная локализация.

(Рис.6.)

| Intrinsic activities и external influences of centrosomes.

Идентифицировано семейство центросомных белков, которые связывают цАМФ-зависимую protein kinase A (PKA). Эти A-kinase-anchoring proteins (AKAPs) обнаруживаются во многих клеточных местах, где они функционируют как молекулярная поддерживающая структура не только для PKA, но и для других киназ (protein kinase C, напр.,), phosphatases и вообще для др. регуляторных молекул. Путем взаимодействия с регуляторными молекулами AKAPs интегрируют различные сигнальные пути, которые регулируют фосфорилирование специфических клеточных субстратов и эффекторов. Роль ассоциированных с центросомами AKAPs, как и быстро растущего списка др. регуляторных молекул неизвестна.

Future directions

Использование matrix-assisted-laser-desorbtion time-of-flight ( MALDI TOF ) mass spectrometry облегчит в будущем анализ центросомных фракций и позволит понять как эти кусочки складываются вместе в центросомы.

Неясно, как закрепленные на центросомах регуляторные белки и МРНК контролируют клеточные функции. Многие молекулы, локализованные на центросомах, являются частями путей передачи сигналов, а др. регулируют различные клеточные активности, не связанные с функцией центросом.

Др. область биологии центросом - это роль центросом в генерации генетической нестабильности (Рис. 7). Т.к. центросомы действуют доминантно, когда присутсвуют в соматических клетках, то они вносят вклад в аномалии веретена, неправильное распределние хромосои и генетическую нестабильность - или сами или в комбинации с альтерациями др. клеточных путей (таких как апоптоз, ход клеточного цикла, checkpoints клеточного цикла и регуляция роста клеток), которые участвуют в генетической нестабильности, наблюдаемой при многих опухолях. Увеличение числа центромер и дейекты центросом наблюдаются во многих агрессивных опухолях (Рис. 8) и в некоторых low-grade опухолях и в предопухолевых повреждениях. Эти аномалии центросом м.б. вызваны неправильной регуляцией удвоения центрсом или эктопической сборкой материала для нуклеации микротрубочек в отсутствие центриолей. Известно также, что опухоле-подобные свойства м.б. индуцированы in vitro путем модификации уровня центросомных белков и ассоциированных с центросомами киназ, связанных с туморогенезом.

(Рис.7.) | Two pathways for generating centrosome defects that could lead to genetic instability и loss of cell polarity in cancer.

(Рис.8.) | Abnormal centrosomes in a human tumour и in a human tumour cell line.

Предполагается, что центросомы являются командным центром, который принимает, интегрирует и передает сигналы, которые регулируют клеточнгые активностии. Таким способом центросомы м обрабатывать сигналы от внешних среды через ассоциированные микротрубочки и в первую очередь реснички, пцтем ассоцииации центриолей с плазматической мембраной или через пути трансдукции сигналов. Эти сигналы м.б. переданы др клеточным сайтам или между соседними клетками в ткани.

RE-EVALUATING CENTROSOME FUNCTION

Boxes

Links