Центросомы функционируют как первичных микротрубочек (MT)-организующие центры. Центросомы состоят из двух бочонко-образных центриолей, которые помещены в белково-образный матрикс из материала вокруг центриолей. Этот перицентриолярный материал и центросомы регулируют несколько отличающихся процессов, включая MT зарождение (nucleation), закрепление и высвобождение (Nigg and Raff, 2009). MTs нуклеируются из γ-tubulin кольцевых комплексов (Moritz and Agard, 2001). 'Перицентриолярные сателлиты' играют фундаментальную роль в регуляции функции закрепления центросом. Существуют гранулярные структуры, которые окружают центросомы и участвуют в регуляции сборки и доставки белковых комплексов на центросомы, которые важны для закрепления MTs (Kubo et al., 1999).
Центросомы важны для многих клеточных функций, так как сеть MT составляет прирожденную часть клеточной полярности, подвижности и деления (Sutterlin and Colanzi, 2010). В активно делящихся клетках центриоли каждой центросомы удваиваются, чтобы организовать полюса базирующегося на MT митотического веретена, это является важным для корректной сегрегации генетического материала (Nigg and Stearns, 2011). В большинстве молчащих неделящихся эпителиальных клеток центросомы мигрируют к апикальной клеточной поверхности, где материнская центриоля закрепляется на плазматической мембране и образует базальное тельце. Это приводит к генерации первичной ворсинки, которая является специализированной проекцией плазматической мембраны (Sorokin,1962; Singla and Reiter, 2006), которая играет важную роль в регуляции онтогенетических путей и тканевого гомеостаза (Veland et al.,2009). Дефекты в генах, ассоциированных со сборкой и функцией реснички, связаны с широким кругом онтогенетических нарушений и болезней, которые коллективно наз. как цилиопатии (Waters and Beales, 2011). Цилиопатии могут вызывать сложные, мультисистемные патологии и они ассоциируют с низким качеством жизни и ранней гибелью многих пациентов (Tobin and Beales, 2009).
К сожалению, многие критические аспекты функционирования центросом остаются неясными, включая базовые молекулярные механизмы, которые лежат в основе нуклеации MT, их закрепления и стабилизации и регуляции позиционирования центросом внутри клетки. Центросомы состоят из сотен белков, многие из них не охарактеризованы (Andersen et al., 2003). Здесь мы показали, что плохо охарактеризованный белок Cep126 (для центросомного белка ~126 kDa), ранее известный как KIAA1377, (Chen et al., 2009; Lim et al., 2012; Tipton et al., 2012) является новым и фундаментальным регулятором функции центросом. Cep126 располагается на центросоме и околоцентриолярных сателлитах и он необходим для организации MT и ассоциации набора MT с центросомой. Мы также показали, что Cep126 необходим для образования первичной реснички.
Discussion
Мы провели первую функциональную характеризацию Cep126. Было установлено, что Cep126 располагается на центросоме в ходе всего клеточного цикла. Кроме того, получение картин с живых клеток с избыточной экспрессией Cep126 выявило его локализацию в околоцентриолярных сателлитах, которые являются маленькими и динамичными гранулярными структурами, которые участвуют в транспорте белков, регулирующих критические функции центросом (Barenz et al., 2011). Локализация Cep126 вместе с околоцентриолярными сателлитами не выявляется при иммуномечении эндогенного Cep126 белка в фиксированных клетках. Более того, наше исследование выявило, что Cep126 физически взаимодействует с p150Glued и необходим для накопления в центросомах околоцентриолярных сателлитов. Функциональное значение Cep126 подчеркивается нашей демонстрацией, что истощение Cep126 сильно ухудшает организацию радиальных MT, организацию веретена и образование первичной реснички.
Исходя из этих данных, мы предположили, что Cep126 является существенным регулятором транспорта околоцентриолярных сателлитов к центросоме и поэтому является критическим для рекрутирования в центросомы белков, участвующих в ряде базирующихся на центросомах функциях. В самом деле, эти базирующиеся на центросомах функции, по-видимому, не ограничены дефектами веретена и сборки реснички, описанными в данном исследовании, но в принципе также включают поляризацию и миграцию клеток.
Одним из основных дефектов, наблюдаемых в истощенных по Cep126 клетках, является отсутствие сфокусированных на центросомы пучков MT. Стабилизация и закрепление вновь формируемых MTs на центросомах является сложным процессом, который нуждается в кооперации многих классов белков, которые д. рекрутироваться на центросомы (Delgehyr et al., 2005). Среди этих белков, некоторые обладают специфическими доменами локализации, которые достаточны для их локализации на центросоме (напр., AKAP450, pericentrin) (Gillingham and Munro, 2000). Напротив, др. белки активно транспортируются вдоль MTs (напр., PCM1, centrin, ninein) (Dammermann and Merdes, 2002). Околоцентриолярные сателлиты выполняют жизненно важную роль в транспорте такого типа, с помощью мультибелковых комплексов приблизительно в 100-nm в диаметре транспортируются в околоцентриолярный материал с помощью dynein-dynactin комплексов (Kubo and Tsukita, 2003). Нокдаун компонентов околоцентриолярных сателлитов (напр., BBS4), или пониженный транспорт околоцентриолярных сателлитов к центросомам (напр., избыточная экспрессия p50-dynamitin), как было установлено, приводит к снижению стабильности ассоциации полимеризованных MTs с центросомой и к диссоциации сети MT от центросомыбез нарушения возобновления роста MT (Kim et al., 2004; Barenz et al., 2011).
Соединение Cep126 с p150Glued подтверждает, что Cep126 регулирует ассоциацию центросомного груза белков с dynein-dynactin моторным комплексом. В самом деле, истощение Cep126 или трансфекция делеционного мутантного 1-967 Cep126 не влияют на локализацию p150Glued, но вызывает неправильное расположение PCM1 и pericentrin. По этой причине мы полагаем, что Cep126 функционирует в качестве рецептора груза для др. pericentriolar-сателлитных компонентов и это является критическим для их транспорта на центросому. Конечно 1-967 Cep126 делеционный мутант также взаимодействует с p150Glued. Этот мутант располагается на центросоме, но вызывает выраженные альтерации в сети MT. По этой причине мы полагаем, что этот 1-967 Cep126 мутант может конкурировать с эндогенным Cep126 и секвестрировать важного партнера по взаимодействию. Такое нарушение функции Cep126 также вызывает отклонения в целостности и позиционировании аппарата Гольджи и формировании веретена, это согласуется с функцией Cep126 в регуляции генеральной организации MT.
Т.о., нарушение сборки реснички, наблюдаемое, когда функция Cep126 нарушена, может быть прямым следствием нарушения pericentriolar-satellite транспорта к базальным тельцам, где формируется ресничка. Также дефектное прикрепление к MT может затрагивать образование реснички, поскольку это препятствует локализации базального тельца на плазматической мембране для непосредственной регуляции цилиогенеза (Kim and Dynlacht, 2013). Т.о., наблюдаемый дефект, когда нарушена Cep126 функция, моет быть обусловлен комбинацией этих двух не исключающих др. др. механизмов.
Итак, мы полагаем, что Cep126 регулирует ключевую центросомную функцию и поэтому необходим для корректной внутриклеточной организации. Наши данные подтверждают модель, согласно которой Cep126 регулирует pericentriolar-satellite доставку и взаимодействует с p150Glued. Это, по-видимому, косвенно регулирует прикрепление MT к центросоме, затрагивая тем самым др. клеточные функции, такие как целостность Гольджи и образование ресничек.
