Посещений:
Cell Division Apparatus and Spindle
Цитокинез и Веретено

Cytokinesis: relative aligment of the cell division apparatus and the mitotic spindle
H.Wang, S.Oliferenko and M.K. Balasubramanian
Current Opinion in Cell Biol. V. 15. P. 82-87. 2003

The cell division apparatus is assembled at different stages of the cell cycle in different eukaryotic organisms. Mechanisms exist in all organisms, however, to ensure that the cell division apparatus and the mitotic spindle are aligned perpendicular to each other. Such an aligment ensures that each douter cell receives a nucleus and that the cell division apparatus does not cleave and destroy the genetic material. The interaction(s) of astral microtubules with the cell cortex apparatus to play an important role in establishing perpendicularity between chromosome segregation and cell division machinery.
Клеточный цикл контролирует репликацию генетического материала, его послеющее расхождение и физическое разделение клетки. Цитокинез гарантирует подчерним клеткам получение ядра и достаточного количества др. клеточных компонентов, органелл и структур. То что органелы присутствуют во многих копиях облегчает эту задачу. Расхождение удвоившихся хромосом нуждается во время митоза в аппарате митотического веретена. В клетках существуют механизмы, которые грантируют, что структура митотического веретена и плоскость клеточного деления будут перпендикулярны др. др. Кроме того, существует также механизм для ориентации митотического веретена параллельно длинной оси клетки, это гарантирует достаточное расстояние между разделившимися сестринскими хромосомами в точке цитокинеза. Клетки животных и грибов используют состоящее из актомиозина кольцо, чье сокращение ведет разделению дочерних клеток. Растительные клетки используют базирующуюся на микротрубочках структуру phragmoplast, которая облегчает центробежное увеличение стенок клетки и пластинки клеточного деления.

Saccharomyces cerevisiae


S. cerevisiae делятся путем асиметричекого почкования. У этих дрожжей сборка места будущего цитокинеза начинается рано (Рис. 1а). Во время G1 материнская клетка маркирует место кортекса отложением некоторых белков, таких как Spa2p, Myo2p (myosin heavy chain class V protein) и Rho1p (GTP- связывающий белок). Положение этого места по отношению к предыдущему событию цитокинеза находится под контролем локусов типов спаривания, при этом тип спаривания а и α гаплоидные клетки образуют аксиально расположенные почки, тогда как типа спаривания a/α диплоидные клетки собирают биполярные почки. Прохождение через START запускает реорганизацию актинового цитоскелета: актиновые участки накапливаются на месте будущей почки и актиновые нити ориентируются по направлению к нему. Считается, что вдоль этих нитей осуществляется поляризованный транспорт секреторных пузырьков. Постепенно формируется на этом месте дочерняя клетка (почка) за счет локального ремоделирования клеточной стенки. Физическое отдление дочерней (почки) от материнской клетки в конце митоза зависит от сокращения актомиозинового кольца или поляризованной мембраны или обоих и добавления клеочной стенки.
Когда клетка проходит START, spindle pole body (SPB; эквиваленты центросом у млекопитающих) удваивается. Астральные микротрубочки, которые возникают в области, соединяющей удвоившиеся SPBs, ориентированы в направлении почки за счет механизма поиска-и-захвата (search-and-capture). Одно из SPB входит в почку ('SPBdaughter'), от него отходят астральные микротрубочки к кортексу. В отичие от большинства др. организмов короткое веретено собирается во время S фазы. SBPmother также начинает производить (nucleate) микротрубочки. Во время элонгации веретена эти микротрубочки взаимодействуют с кортексом перешейка между матернской и дочерней клетками. В результате веретено ориентируется вдоль оси мать-дочь и ядро оказывается расположенным в тесной близи к перешейку.
Ориентация SPBs вдоль оси мать-почка использует кинезиновый моторный белок Kip3p и др. цитоскелетные элементы, такие ка F-актин, Bud6p, Bni1p, Kar9p и типа V миозиновый мотор Myo2p. Считается, что белок, связывающийся с плюс концами микротрубочек , Bim1p взаимодействует с Myo2p посредством линкерного белка Kar9p. Myo1p использует F-актиновые нити, идущие вдоль оси мать-почка как трек для движения плюс концов астральных микротрубочек в перешеек. Здесь они захватываются еще неидентифицированными кортикальными факторами, сборка которых зависит в свою очередь от formin белка Bni1p и ассоциированного с актином белка Aip3p/Bud6p . Неясно, играет ли Kip3p роль "традиционого" мотора в движении микротрубочек или вносит вклад в модуляцию нестабильности микротрубочек. После ориентации SPBs затем происходит удлиннение веретена, нуждающееся в активности Cdc28p-Сди5з. Астраьные микротрубочки, исходящие из SBPmother взаимодействуют с белком кортекса Num1p материнской клетки. Это взаимодействие, по-видимому, нуждается в Aip3p/Bud6p, который локализован в перешейке.
К минус концам направляемый моторный белок динеин играет ключевую роль в позиционировании анафазного веретена. Очевидно динеин ассоциирован с кортексом дочерней клетки через линкерны белок Num1p и м. развивать силу на минус концах микротрубочек, вызывая "втягивание" одного из ядер в перешеек. Расположение анафазного веретена в перешейке также важно для выхода из митоза. Когда анафазное веретено непрально ориентировано, то происходит задержка выхода из митоза из-за неспособности активировать mitotic exit network (MEN), локализованный в SPBs. Активация MEN необходима для превращения GTPase Tem1p в ее GTP-связанную конформацию с помощью обменного фактора Lte1p, который присутствует в кортексе почки, но не матери.

Schizosaccharomyces pombe


S. pombe клетки цилиндрические и делятся посредине, давая раной величины дочерние клетки (РИс. 1b). В интерфазе F-актин обнаруживается на кончике(ах) растущей клетки и в волокнах, которые идут вдоль длинной оси клетки. Микротрубочи также идут вдоль длинной оси со своими плюс концами, направленными к кончикам клетки. Минус концы микротрубочек перекрываются в медиальной области клетки, покрывающей интерфазное ядро. После вступления в митоз собирается биполярное веретено в прометафазе/метафазе одновременно с образование актомиозинового кольца. Их сборки независимы.
Медиальное положение интерфазного ядра, обеспечиваемое микротрубочками, предопределет и место сборки актомиозиновго кольца в медиальной области посредством Polo-родственной протеин киназы Plo1p и здуслыекшт homology (PH)-доменового белка Mid1p. Ядерный экспорт Mid1p обеспечивается его фосфорилированием с помощью Plo1p, это ведет к организации актомиозинового кольца в кортексе над ядром.
Ход митоза м.б. замедлен при разборке F-актина, это влияет на сборку тяжелой цепи миозина типа II Myo2p. Обработка клеток ингибитором полимеризации актина latrunculin B (LatB) вызывает заметное увеличение пропорции клеток с короткими митотическими веретенами. Сходные эффекты наблюдаются у актиновых мутантов. Тот факт, что метафазные веретена в клетках находятся в согласии с функцией F-актина и удлинняются после задержки, которая действительно устраняется у некоторых мутантов МАРК каскада, указывает на то, что дефекты удлиннения веретена в клетках с отсутствием F-актина обусловлены КПП (checkpoint) механизмом. Считается, что эта задержка - названная spindle orientation checkpoint - позволяет удлинняться анафазному веретену только после того, как митотическое вретено будет расположено правильно относительно актомиозиновго кольца. Расположение митотического веретна параллельно длинной оси делящихся дрожжевых клеток гарантирует, что расходящиеся хромосомы разойдутся достаточно далеко др. от др. и не будут срезаны сужающимся актомиозиновым концом.
Доказательства, что астральные микротрубочки важны для ориентации веретена получены на mia1/alp7 мутантах. Мутанты mia1 жизнеспособны и способны собирать митотические веретена с нормальной кинетикой, но эти веретена лишены ассоциированных астральных микрорубочек. Их отсутствие вызывает задержку перехода от метафазы к анафазе в большой пропорции клеток (сравнимую с таковой у обработанных LatB), а арест клеток происходит на стадии короткого веретена. Более того, эта задержка устраняется подавлением МАРК каскада, хотя точность перехода хромосом через митоз и цитокинез сильно скомпроментирована. Все это подтверждает, что уменьшение клеточного F-актина, также как и дефекты астральных микротрубочек задарживают начало анафазы и удлиннение веретена за счет использования одной и той же кухни (machinery) сигнальной трансдукции.
Пока неизвестен физический механизм взаимодействия между F-актином и/или связывающими его белками в месте деления и астральными микротрубочками. Однако, тот факт, что циклин В все еще обнаруживается в мутантных клетках mia1? арестованных в метафазе, и что cohesion мутанты не обнаруживают метафазной задержки в ответ на воздействие LatB указывают на то, что активация АРС м.б. задержана вплоть до того, пока не будет достигнута соответствующая ориентацмя веретена. Предварительные исследования показывают, что активация septation initiation network (SIN; гомолог MEN почкующихся дрожжей) зависит от функции АРС. Следовательно, необходимо опредлить зависит ли его активация от собственно ориентации веретена.

Animal cells


В клетках животных актомиозиновое кольцо собиратся в анафазе (Рис. 1с). Ориентация митотичекого веретена важна как для симметричных, так и асимметричных делений. У Drosophila melanogaster и Caenorhabditis elegans продемонстрировано, что ориентация метафазного веретена - и последующее удлиннение анафазного еретена - играет фундаментальную роль в спецификации судьбы клеток. В эпителиальных клетках крыс ориентация митотического веретена вдоль длинной оси клеток важна для перехода от метафазы к анафазе. В большинстве случаев ориентация митотического веретена в метафазе нуждается во взаимодействии между астральными микротрубочками и кортикальными детерминантами, такими как F-актин и/или др. белки. На C. elegans показано, что происходит ротация веретена, если астральные микротрубочки разрушены лазенрным пучком. Направляемый к минус концам микротрубочек моторный белок динеин, важен для ориентации веретена в клетках Drosophila, C.elegans и млекопитающих. RNA interference динеина и ассоциированных белков у C.elegans или микроинъекции антител к динеину в эпителиальных клетках крыс ведут дефектам орентации веретена. Динеин действительно располагается вдоль астральных микротрубочек в прометафазных и метафазных клетках. Считается, что обусловленные динеином отталкивающие (pulling) силы действуют на SPBs и посредством астральных микротрубочек м. вносить вклад в ориентацию веретена.
Предполагаются два механизма для объяснения ориентации аппарата деления (борозды дробления) и и оси удлиннения веретена. Согласно первому область взаимного прникновения (interdigitation) астральных микротрубочек играет ключевуюроль в позициионировании борозды дробления. Если создать дополнительную область астральных микротрубочек, то над ней образуется дополнительная порозда деления. Область перекрывания астральных микротрубочек скорее всего совпадает с плоскостью, которая перпендикулярна оси элонгации митотического веретена. Однако, этот механизм оперирует, по-видимому, только в больших клетках, таких как яйцеклетки морских беспозвоночных. Согласно второму механизму сигналы, возникающие от средней зоны веретена важны для позиционирования и сборки борозды деления. Напр., непосредственные манипуляции со средней зоной веретена с помощью воздействия лекарст, дестабилизирующих микротрубочки, вызывают нарушения цитокинеза. Мутанты дрозофилы, дефектные по сборке астральных микротрубочек, asterless позволяют клеткам формировать нармальную борозду деления в средней зоне веретена, то м. указывать на то, что астральные микротрубочки м. и не играть ключевой роли в сборке борозды деления. В данном механизме близость сигналов, возникающих в срединной зоне веретена, к лежащему поверх кортексу гарантирует перпендикулярность веретена к плоскости борозды деления.
Сайт создан в системе uCoz