CENTRIOLES: CHỨC NĂNG VÀ ĐẶC ĐIỂM - KHOA HỌC

Các centrioles là các cấu trúc hình trụ gồm các cụm tế bào của vi ống. Chúng được tạo thành từ tubulin protein, được tìm thấy trong hầu hết các tế bào nhân thực.

Một cặp tâm cực liên kết, được bao quanh bởi một khối vật chất dày đặc không hình dạng được gọi là vật liệu quanh tâm (PCM) tạo nên một cấu trúc được gọi là tâm thể.

Các trung tâm là cấu trúc hình trụ được tạo thành từ các cụm vi ống. Hầu hết các trung tâm được tạo thành từ chín bộ ba vi ống, sắp xếp trong một hình trụ.

Chức năng của các trung tâm là chỉ đạo sự tập hợp các vi ống, tham gia vào tổ chức tế bào (vị trí của nhân và sự sắp xếp không gian của tế bào), hình thành và chức năng của roi và lông mao (ciliogenesis) và phân chia tế bào (nguyên phân và meiosis).

Các trung tâm được tìm thấy trong cấu trúc tế bào được gọi là trung thể ở tế bào động vật và không có trong tế bào thực vật.

Những khiếm khuyết trong cấu trúc hoặc số lượng trung tâm trong mỗi tế bào có thể gây ra những hậu quả đáng kể đối với sinh lý của một sinh vật, tạo ra những thay đổi trong phản ứng với căng thẳng trong quá trình viêm, vô sinh nam, các bệnh thoái hóa thần kinh và hình thành khối u, trong số những người khác.

Centriole là một cấu trúc hình trụ. Một cặp tâm cực liên kết, được bao quanh bởi một khối vật chất dày đặc không có hình dạng (được gọi là "vật liệu pericentriolar," hoặc PCM), tạo thành một cấu trúc tổng hợp được gọi là "tâm thể".

Chúng được coi là không quan trọng cho đến một vài năm trước, khi người ta kết luận rằng chúng là bào quan chính trong quá trình dẫn truyền phân chia và nhân đôi tế bào (nguyên phân) ở tế bào nhân thực (chủ yếu ở người và các động vật khác).

Tế bào

Tổ tiên chung cuối cùng của tất cả sự sống trên Trái đất là một tế bào đơn lẻ, và tổ tiên chung cuối cùng của tất cả các sinh vật nhân chuẩn là một tế bào có lông mao với các trung cực.

Mỗi sinh vật được tạo thành từ một nhóm tế bào tương tác. Sinh vật chứa các cơ quan, các cơ quan được tạo thành từ mô, mô được tạo thành từ tế bào và tế bào được tạo thành từ các phân tử.

Tất cả các tế bào sử dụng các "khối xây dựng" phân tử giống nhau, các phương pháp tương tự để lưu trữ, duy trì và biểu hiện thông tin di truyền, và các quá trình tương tự về chuyển hóa năng lượng, vận chuyển phân tử, tín hiệu, phát triển và cấu trúc.

Vi ống

Trong những ngày đầu của kính hiển vi điện tử, các nhà sinh học tế bào đã quan sát thấy các ống dài trong tế bào chất mà họ gọi là các vi ống.

Các vi ống tương tự về hình thái đã được quan sát thấy tạo thành các sợi của thoi phân bào, như các thành phần của sợi trục tế bào thần kinh, và như các yếu tố cấu trúc trong lông mao và roi.

Việc kiểm tra cẩn thận các vi ống riêng lẻ chỉ ra rằng chúng đều được cấu tạo từ 13 đơn vị dọc (ngày nay được gọi là protofilaments) được tạo thành từ một protein chính (bao gồm một tiểu đơn vị α-tubulin và β-tubulin có liên quan chặt chẽ) và một số protein liên kết với các vi ống (MAP).

Ngoài các chức năng của chúng trong các tế bào khác, vi ống rất cần thiết trong sự phát triển, hình thái, di chuyển và phân cực của tế bào thần kinh, cũng như cho sự phát triển, duy trì và tồn tại và của một hệ thống thần kinh hiệu quả .

Tầm quan trọng của sự tác động lẫn nhau tinh vi giữa các thành phần của bộ xương (vi ống, sợi actin, sợi trung gian và septins) được phản ánh trong một số rối loạn thoái hóa thần kinh ở người liên quan đến động lực bất thường của vi ống, bao gồm bệnh Parkinson và bệnh Alzheimer.

Lông cừu và bướu

Lông mao và lông roi là những bào quan được tìm thấy trên bề mặt của hầu hết các tế bào nhân thực. Chúng được cấu tạo chủ yếu bởi các vi ống và màng.

Khả năng di chuyển của tinh trùng là do các yếu tố tế bào di động có trong đuôi của nó, được gọi là axonemes. Cấu trúc của axoneme bao gồm 9 nhóm, mỗi nhóm 2 vi ống, động cơ phân tử (dynein) và cấu trúc điều hòa của chúng.

Các trung tâm đóng một vai trò trung tâm trong sự hình thành ciliogenesis và sự tiến triển của chu kỳ tế bào. Sự trưởng thành của Centriole tạo ra một sự thay đổi trong chức năng, dẫn đến việc phân chia tế bào đến hình thành cilium.

Những khiếm khuyết trong cấu trúc hoặc chức năng của sợi trục hoặc lông mao gây ra nhiều rối loạn ở người được gọi là bệnh ciliopathies. Những bệnh này ảnh hưởng đến các mô khác nhau, bao gồm mắt, thận, não, phổi và khả năng di chuyển của tinh trùng (thường dẫn đến vô sinh nam).

Centriole

Chín bộ ba vi ống sắp xếp xung quanh một chu vi (tạo thành một hình trụ rỗng ngắn) là 'khối xây dựng' và là cấu trúc chính của tâm tâm.

Trong nhiều năm, cấu trúc và chức năng của các centrioles đã bị bỏ qua, mặc dù thực tế là vào những năm 1880, centrosome đã được quan sát bằng kính hiển vi ánh sáng.

Theodor Boveri đã xuất bản một công trình nghiên cứu về tinh trùng vào năm 1888, mô tả nguồn gốc của trung thể từ tinh trùng sau khi thụ tinh. Trong cuộc giao tiếp ngắn năm 1887, Boveri đã viết rằng:

“Centrosome đại diện cho trung tâm động của tế bào; Sự phân chia của nó tạo ra các trung tâm của các tế bào con được hình thành, xung quanh đó tất cả các thành phần tế bào khác được tổ chức đối xứng… Nhân trung thể là cơ quan phân chia thực sự của tế bào, nó làm trung gian phân chia nhân và tế bào ”(Scheer, 2014: 1) . .

Ngay sau giữa thế kỷ 20, với sự phát triển của kính hiển vi điện tử, hành vi của các tâm cực đã được Paul Schafer nghiên cứu và giải thích.

Thật không may, công việc này đã bị bỏ qua một phần lớn vì các nhà nghiên cứu đang bắt đầu tập trung vào những phát hiện của Watson và Krick về DNA.

Trung tâm

Một cặp tâm cực, nằm cạnh nhân và vuông góc với nhau, là "một nhân tâm." Một trong những tâm điểm được gọi là "cha" (hoặc mẹ). Loại còn lại được gọi là "con trai" (hoặc con gái; nó ngắn hơn một chút, và có phần gốc của nó gắn với phần gốc của mẹ).

Các đầu gần (ở điểm nối của hai trung tâm) được ngâm trong một "đám mây" protein (có thể lên đến 300 hoặc hơn) được gọi là trung tâm tổ chức vi ống (MTOC), vì nó cung cấp protein cần thiết cho việc xây dựng các vi ống.

MTOC còn được gọi là "vật liệu pericentriolar," và nó mang điện tích âm. Ngược lại, các đầu xa (cách xa điểm nối của hai tâm cực) tích điện dương.

Cặp trung tâm, cùng với MTOC xung quanh, được gọi là "trung tâm".

Nhân đôi trung tâm

Khi các trung tâm bắt đầu nhân đôi, cha và con tách ra một chút và sau đó mỗi tâm trung bắt đầu hình thành một tâm trung tâm mới tại cơ sở của nó: người cha với một đứa con trai mới, và người con trai với một đứa con trai mới của chính mình (một "cháu trai"). .

Trong khi nhân đôi centriole xảy ra, DNA nhân cũng đang nhân đôi và phân tách. Đó là, nghiên cứu hiện tại cho thấy sự nhân đôi centriole và sự phân tách DNA bằng cách nào đó có mối liên hệ với nhau.

Nhân đôi và phân chia tế bào (nguyên phân)

Quá trình phân bào thường được mô tả dưới dạng giai đoạn khởi đầu, được gọi là "giao diện", tiếp theo là bốn giai đoạn phát triển.

Trong khoảng thời gian giữa các pha, các trung tâm nhân đôi và tách thành hai cặp (một trong các cặp này bắt đầu di chuyển về phía đối diện của nhân) và ADN phân chia.

Sau khi nhân đôi của các tâm cực, các vi ống của các tâm cực mở rộng và tự sắp xếp dọc theo trục chính của nhân, tạo thành "thoi phân bào".

Trong 4 pha phát triển đầu tiên (Pha I hay "Giai đoạn đầu"), các nhiễm sắc thể ngưng tụ và di chuyển gần nhau hơn, và màng nhân bắt đầu yếu đi và tan ra. Đồng thời thoi phân bào được hình thành với các cặp tâm cực bây giờ nằm ở hai đầu của thoi phân bào.

Trong pha thứ hai (pha II hay còn gọi là "Metaphase"), các chuỗi của nhiễm sắc thể sắp xếp theo trục của thoi phân bào.

Trong pha thứ ba (Pha III hay "Anaphase"), các chuỗi nhiễm sắc thể phân chia và di chuyển đến các đầu đối diện của thoi phân bào đã kéo dài.

Cuối cùng, trong giai đoạn thứ tư (Pha IV hay "Telophase"), màng nhân mới hình thành xung quanh các nhiễm sắc thể đã tách rời, thoi phân bào tách rời và quá trình phân tách tế bào bắt đầu hoàn thành với một nửa số tế bào chất đi kèm với mỗi nhân mới.

Ở mỗi đầu của thoi phân bào, các cặp tâm cực gây ảnh hưởng quan trọng (rõ ràng là liên quan đến các lực do trường điện từ tạo ra bởi các điện tích âm và dương ở các đầu gần và xa của nó) trong toàn bộ quá trình phân chia tế bào.

Centrosome và phản ứng miễn dịch

Tiếp xúc với căng thẳng ảnh hưởng đến chức năng, chất lượng và thời gian sống của sinh vật. Căng thẳng sinh ra, ví dụ như do nhiễm trùng, có thể dẫn đến viêm các mô bị nhiễm trùng, kích hoạt phản ứng miễn dịch trong cơ thể. Phản ứng này bảo vệ sinh vật bị ảnh hưởng, loại bỏ mầm bệnh.

Nhiều khía cạnh về chức năng của hệ thống miễn dịch đã được biết rõ. Tuy nhiên, các sự kiện phân tử, cấu trúc và sinh lý trong đó có liên quan đến centrosome vẫn là một bí ẩn.

Các nghiên cứu gần đây đã phát hiện ra những thay đổi động bất ngờ trong cấu trúc, vị trí và chức năng của tâm thể trong các điều kiện liên quan đến căng thẳng khác nhau. Ví dụ, sau khi bắt chước các điều kiện của bệnh nhiễm trùng, sự gia tăng sản xuất PCM và các vi ống đã được tìm thấy trong các tế bào giữa các pha.

Các trung thể tại khớp thần kinh miễn dịch

Centrosome có một vai trò rất quan trọng trong cấu trúc và chức năng của synap miễn dịch (SI). Cấu trúc này được hình thành bởi các tương tác chuyên biệt giữa tế bào T và tế bào trình diện kháng nguyên (APC). Sự tương tác giữa tế bào này bắt đầu sự di chuyển của tâm thể về phía SI và sự ghép nối tiếp theo của nó với màng sinh chất.

Centrosome gắn vào SI tương tự như quan sát được trong quá trình hình thành ciliogenesis. Tuy nhiên, trong trường hợp này, nó không bắt đầu tập hợp các lông mao mà tham gia vào tổ chức SI và bài tiết các túi độc tế bào để ly giải các tế bào đích, trở thành cơ quan chủ chốt trong việc kích hoạt các tế bào T.

Centrosome và stress nhiệt

Centrosome là mục tiêu của "phân tử chaperones" (tập hợp các protein có chức năng giúp gấp, lắp ráp và vận chuyển tế bào của các protein khác) giúp bảo vệ khỏi bị sốc nhiệt và căng thẳng.

Các yếu tố căng thẳng ảnh hưởng đến trung tâm bao gồm tổn thương DNA và nhiệt (chẳng hạn như các tế bào của bệnh nhân sốt phải chịu đựng). Tổn thương DNA bắt đầu các con đường sửa chữa DNA, có thể ảnh hưởng đến chức năng của centrosome và thành phần protein.

Sự căng thẳng do nhiệt tạo ra gây ra sự thay đổi cấu trúc trung thể, phá vỡ trung thể và làm mất hoạt tính hoàn toàn khả năng hình thành vi ống, làm thay đổi sự hình thành thoi phân bào và ngăn cản quá trình nguyên phân.

Sự gián đoạn chức năng của các trung thể trong thời gian sốt có thể là một phản ứng thích nghi để làm bất hoạt các cực của trục chính và ngăn cản sự phân chia DNA bất thường trong quá trình nguyên phân, đặc biệt là do rối loạn chức năng tiềm tàng của nhiều protein sau khi biến tính do nhiệt.

Ngoài ra, nó có thể cho tế bào thêm thời gian để phục hồi nhóm protein chức năng trước khi bắt đầu lại quá trình phân chia tế bào.

Một hậu quả khác của sự bất hoạt của trung tâm thể trong thời gian sốt là nó không có khả năng chuyển đến SI để tổ chức nó và tham gia vào quá trình bài tiết các túi độc tế bào.

Sự phát triển bất thường của các trung tâm

Sự phát triển của centriole là một quá trình khá phức tạp và, mặc dù một loạt các protein điều hòa tham gia vào nó, các dạng hỏng hóc khác nhau có thể xảy ra.

Nếu có sự mất cân bằng về tỷ lệ protein, centriole con có thể bị lỗi, hình dạng của nó có thể bị biến dạng, các trục của một cặp có thể lệch khỏi sự vuông góc, nhiều centriole con có thể phát triển, centriole con có thể đạt chiều dài đầy đủ trước đó thời gian hoặc quá trình tách các cặp có thể bị trì hoãn.

Khi có sự nhân đôi sai hoặc không đúng của các tâm cực (có khuyết tật hình học và / hoặc nhân đôi nhiều lần), quá trình nhân đôi DNA bị thay đổi, xảy ra sự mất ổn định của nhiễm sắc thể (CIN).

Tương tự như vậy, các khuyết tật ở nhân trung tâm (ví dụ, nhân trung tâm bị phì đại hoặc to ra) dẫn đến CIN, và thúc đẩy sự phát triển của nhiều nhân trung tâm con gái.

Những lỗi phát triển này tạo ra thiệt hại cho các tế bào, thậm chí có thể dẫn đến bệnh ác tính.

Các trung tâm bất thường và các tế bào ác tính

Nhờ sự can thiệp của các protein điều hòa, khi các bất thường được phát hiện trong sự phát triển của các trung tâm và / hoặc trung thể, các tế bào có thể tự điều chỉnh các bất thường.

Tuy nhiên, nếu không đạt được sự tự điều chỉnh bất thường, các trung tâm bất thường hoặc nhiều con ("trung tâm siêu số") có thể dẫn đến hình thành các khối u ("tạo khối u") hoặc chết tế bào.

Các tâm cực bội có xu hướng liên kết lại với nhau, dẫn đến sự nhóm lại các tâm thể (đặc tính "khuếch đại trung tâm" của tế bào ung thư), làm thay đổi tính phân cực của tế bào và sự phát triển bình thường của nguyên phân, dẫn đến sự xuất hiện của các khối u.

Tế bào có nhiều tâm cực được đặc trưng bởi sự dư thừa của vật liệu ở xung tâm, cấu trúc hình trụ bị gián đoạn hoặc chiều dài quá mức của các tâm và tâm cực không vuông góc hoặc định vị kém.

Có ý kiến cho rằng các cụm trung tâm hoặc trung thể trong tế bào ung thư có thể đóng vai trò như một "dấu ấn sinh học" trong việc sử dụng các tác nhân điều trị và hình ảnh, chẳng hạn như các hạt nano siêu thuận từ.

Người giới thiệu

Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Vi ống: 50 năm kể từ khi phát hiện ra tubulin. Nhận xét Bản chất về Sinh học Tế bào Phân tử, 17 (5), 322-328.
Buchwalter, RA, Chen, JV, Zheng, Y., & Megraw, TL Centrosome trong Phân chia Tế bào, Phát triển và Bệnh tật. eLS.
Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Hậu quả của những khiếm khuyết về trung tâm số trong phát triển và bệnh tật. Trong bộ xương tế bào vi ống (trang 117-149). Springer Vienna.
Huston, RL (2016). Đánh giá về Hoạt động Centriole, và Hoạt động Sai, trong quá trình Phân chia Tế bào. Những tiến bộ trong khoa học sinh học và công nghệ sinh học, 7 (03), 169.
Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Rối loạn chức năng tinh trùng và bệnh lý cơ quan sinh dục. Y học Sinh sản và Sinh học, 15 (2), 77-94.
Keeling, J., Tsiokas, L., & Maskey, D. (2016). Cơ chế tế bào kiểm soát chiều dài thể mi. Ô, 5 (1), 6.
Lodish, H., Berk, A., Kaiser, CA, Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, KC (2016). Sinh học tế bào phân tử. New York: WH Freeman và Công ty.
Matamoros, AJ và Baas, PW (2016). Vi ống trong sức khỏe và bệnh thoái hóa của hệ thần kinh. Bản tin Nghiên cứu Não bộ, 126, 217-225.
Pellegrini, L., Wetzel, A., Grannó, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Trở lại ống lượn: động lực học vi ống trong bệnh Parkinson. Khoa học Sự sống Tế bào và Phân tử, 1-26.
Scheer, U. (2014). Nguồn gốc lịch sử của nghiên cứu centrosome: phát hiện ra các slide kính hiển vi của Boveri ở Würzburg. Phil. Dịch. R. Soc. B, 369 (1650), 20130469.
Severson, AF, von Dassow, G., & Bowerman, B. (2016). Chương Năm-Cơ cấu và chức năng trục chính của tế bào sinh học. Các chủ đề hiện tại trong sinh học phát triển, 116, 65-98.
Soley, JT (2016). Tổng quan so sánh về phức hợp tâm cực của tinh trùng ở động vật có vú và chim: Các biến thể về một chủ đề. Khoa học sinh sản động vật, 169, 14-23.
Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). The Centrosome: A Phoenix Organelle of the Immune Response. Sinh học tế bào đơn, 2016.
Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). Centrosome, một Organelle thời Phục hưng đa tài. Các quan điểm của Cold Spring Harbor trong Sinh học, 8 (12), a025049.
T Kích hoạt Lympho Tác phẩm gốc của Chính phủ Liên bang Hoa Kỳ - miền công cộng. Dịch bởi BQmUB2012110.
Alejandro Porto - Dẫn xuất của tệp: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg của Petr94. Sơ đồ cơ bản của một tế bào động vật nhân thực.
Kelvinsong - Chu trình Centrosome (phiên bản dành cho người biên tập) .svg. Dịch sang tiếng Tây Ban Nha bởi Alejandro Porto.
Kelvinsong - Làm việc riêng. Sơ đồ của một nhân trung tử, không có khung màu vàng.
Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0.
NIAID / NIH - Dòng ảnh của NIAID Flickr. Ảnh hiển vi tế bào lympho T của người (còn gọi là tế bào T) từ hệ thống miễn dịch của người hiến tặng khỏe mạnh.
Silvia Márquez và Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
Sơ đồ tinh trùng đơn giản hóa.svg: Công trình dẫn xuất Mariana Ruiz: Miguelferig.

CENTRIOLES: CHỨC NĂNG VÀ ĐẶC ĐIỂM - KHOA HỌC - 2026