Fungsi dan Karakteristik Centriolos



itu centrioles adalah struktur seluler silinder yang terdiri dari gugus mikrotubulus. Mereka terbentuk oleh tubulin protein, yang ditemukan di sebagian besar sel eukariotik.

Sepasang sentriol yang terkait, dikelilingi oleh massa bahan padat tak berbentuk yang disebut bahan perikentriolar (PCM), menyusun struktur yang disebut centrosom.

Fungsi sentriol adalah langsung perakitan mikrotubulus, berpartisipasi dalam organisasi seluler (posisi inti dan tata ruang dari sel) pembentukan dan fungsi flagela dan silia (ciliogenesis) dan pembelahan sel (mitosis dan meiosis).

Centriol ditemukan dalam struktur sel yang dikenal sebagai sentrosom sel hewan dan tidak ada dalam sel tanaman.

Cacat pada struktur atau jumlah sentriol di setiap sel mungkin memiliki pengaruh yang besar pada fisiologi organisme, menghasilkan perubahan dalam respon stres selama inflamasi, infertilitas pria, penyakit neurodegenerative dan pembentukan tumor, termasuk.

Sentriol adalah struktur silindris. Sepasang sentriol terkait, dikelilingi oleh massa bahan padat tak berbentuk (disebut "bahan pericentriolar", atau PCM), membentuk struktur komposit yang disebut "centrosome". 

Mereka dianggap tidak penting sampai beberapa tahun yang lalu, ketika disimpulkan bahwa mereka adalah organel utama dalam konduksi pembelahan sel dan duplikasi (mitosis) dalam sel eukariotik (terutama pada manusia dan hewan lain).

Sel

Leluhur bersama terakhir dari semua kehidupan di Bumi adalah sel tunggal dan leluhur bersama terakhir dari semua eukariota adalah sel rambut dengan sentriol.

Setiap organisme dibentuk oleh sekelompok sel yang berinteraksi. Organisme mengandung organ, organ terdiri dari jaringan, jaringan terdiri dari sel dan sel terdiri dari molekul.

Semua sel menggunakan "blok penyusun" molekuler yang sama, metode serupa untuk penyimpanan, pemeliharaan, dan ekspresi informasi genetik, dan proses serupa dari metabolisme energi, transportasi molekul, pensinyalan, pengembangan, dan struktur.. 

Mikrotubulus

Pada hari-hari awal mikroskop elektron, ahli biologi sel mengamati tubulus panjang di sitoplasma yang mereka sebut mikrotubulus..

Mikrotubulus yang secara morfologis mirip diamati membentuk serat-serat gelendong mitosis, sebagai komponen akson dari neuron, dan sebagai elemen struktural dalam silia dan flagela..

pemeriksaan yang cermat dari mikrotubulus individual menunjukkan bahwa semua dari mereka terdiri dari 13 unit memanjang (sekarang disebut protofilamen) yang terdiri dari protein utama (dari satu subunit dari α-tubulin dan β-tubulin terkait erat) dan beberapa protein terkait mikrotubulus (MAPS).

Selain fungsinya di seluruh sel, mikrotubulus sangat penting dalam pertumbuhan, morfologi, migrasi, dan polaritas neuron, serta untuk pengembangan, pemeliharaan, dan kelangsungan hidup sistem saraf yang efisien..

Pentingnya interaksi halus antara komponen sitoskeletal (mikrotubulus, aktin, filamen intermediate dan septin) tercermin dalam beberapa gangguan neurodegenerative manusia yang terkait dengan dinamika mikrotubulus yang abnormal, termasuk penyakit Parkinson dan penyakit Alzheimer.

Cilios dan flagela

Silia dan flagela adalah organel yang ditemukan pada permukaan sebagian besar sel eukariotik. Mereka terutama terdiri dari mikrotubulus dan membran.

Motilitas sperma disebabkan oleh elemen sitoskeletal yang ada di ekornya, yang disebut aksonem. Struktur aksonem terdiri dari 9 kelompok masing-masing 2 mikrotubulus, motor molekuler (dynein) dan struktur pengaturnya.

Centriol memainkan peran sentral dalam ciliogenesis dan perkembangan siklus sel. Pematangan sentriol menghasilkan perubahan fungsi, yang mengarah dari pembelahan sel ke pembentukan silium..

Cacat dalam struktur atau fungsi aksonem atau silia menyebabkan beberapa kelainan pada manusia yang disebut ciliopathies. Penyakit-penyakit ini mempengaruhi berbagai jaringan, termasuk mata, ginjal, otak, paru-paru dan motilitas sperma (yang sering menyebabkan infertilitas pria).

Centriole

Sembilan kembar tiga mikrotubulus yang disusun mengelilingi keliling (membentuk silinder berongga pendek), adalah "blok bangunan" dan struktur utama centriole. 

Selama bertahun-tahun struktur dan fungsi centriole diabaikan, meskipun pada tahun 1880-an, centrosome telah divisualisasikan dengan mikroskop cahaya..

Theodor Boveri menerbitkan karya mani pada tahun 1888, menggambarkan asal centrosome dari sperma setelah pembuahan. Dalam komunikasi singkatnya tahun 1887, Boveri menulis bahwa:

"Centrosome mewakili pusat dinamis sel; Pembagiannya menciptakan pusat-pusat sel anak yang terbentuk, di mana semua komponen seluler lainnya diatur secara simetris ... Centrosome adalah organ pembagi sel yang sebenarnya, ia memediasi divisi nuklir dan seluler "(Scheer, 2014: 1) . [Terjemahan penulis].

Tak lama setelah pertengahan abad kedua puluh, dengan perkembangan mikroskop elektron, perilaku centrioles dipelajari dan dijelaskan oleh Paul Schafer.

Sayangnya, pekerjaan ini diabaikan karena sebagian besar minat para peneliti mulai fokus pada temuan Watson dan Krick pada DNA.. 

Centrosome itu

Sepasang centriole, terletak berdekatan dengan nukleus dan saling tegak lurus, adalah "a centrosome". Salah satu sentriol dikenal sebagai "ayah" (atau ibu). Yang lain dikenal sebagai "putra" (atau anak perempuan, sedikit lebih pendek, dan memiliki pangkalan yang melekat pada pangkal ibu).

Ujung proksimal (dalam hubungan dua sentriol) terendam dalam "awan" protein (mungkin hingga 300 atau lebih) yang dikenal sebagai pusat organisasi mikrotubulus (MTOC), karena menyediakan protein yang dibutuhkan untuk konstruksi dari mikrotubulus.

MTOC juga dikenal sebagai "bahan pericentriolar", dan memiliki muatan negatif. Sebaliknya, ujung distal (jauh dari koneksi dua sentriol) bermuatan positif.

Sepasang centriole, bersama dengan MTOC di sekitarnya, dikenal sebagai "centrosome". 

Duplikasi centrosome

Ketika sentriol mulai menduplikasi, ayah dan anak itu berpisah sedikit dan kemudian masing-masing sentriol mulai membentuk sentriol baru di pangkalannya: ayah dengan putra baru, dan putra dengan putra baru sendiri ("cucu").

Sementara duplikasi sentriol terjadi, DNA nukleus juga digandakan dan dipisahkan. Artinya, penelitian saat ini menunjukkan bahwa duplikasi centriole dan pemisahan DNA, dalam beberapa hal, terkait. 

Duplikasi dan pembelahan sel (mitosis)

Proses mitosis sering dijelaskan dalam istilah fase awal, yang dikenal sebagai "antarmuka", diikuti oleh empat fase pengembangan..

Selama antarmuka, sentriol digandakan dan dipisahkan menjadi dua pasangan (salah satu pasangan ini mulai bergerak ke sisi berlawanan dari nukleus) dan DNA dibagi..

Setelah duplikasi centriol, mikrotubulus centriol memanjang dan sejajar sepanjang sumbu utama nukleus, membentuk "gelendong mitosis".

Pada fase pertama dari empat fase pengembangan (Fase I atau "Prophase"), kromosom mengembun dan mendekat, dan membran nuklir mulai melemah dan larut. Pada saat yang sama gelendong mitosis dibentuk dengan pasangan sentriol yang sekarang terletak di ujung gelendong.

Pada fase kedua (Fase II atau "Metafase"), rantai kromosom diselaraskan dengan sumbu spindel mitosis.

Pada fase ketiga (Fase III atau "Anafase"), rantai kromosom membelah dan bergerak menuju ujung berlawanan dari gelendong mitosis, yang sekarang memanjang..

Akhirnya, pada tahap keempat (Tahap IV atau "Telofase"), membran nuklir baru terbentuk sekitar kromosom terpisah, yang mitosis spindle mencair dan sel pemisahan mulai dilengkapi dengan setengah sitoplasma yang terjadi dengan masing-masing inti baru.

Pada setiap akhir gelendong mitosis, pasang sentriol memiliki pengaruh penting (tampaknya terkait dengan kekuatan yang diberikan oleh medan elektromagnetik yang dihasilkan oleh muatan negatif dan positif dari proksimal dan ujung distal) selama proses pembelahan sel. 

Sentrosom dan respons imun

Paparan terhadap stres memengaruhi fungsi, kualitas, dan durasi kehidupan suatu organisme. Stres yang ditimbulkan, misalnya oleh infeksi, dapat menyebabkan radang jaringan yang terinfeksi, mengaktifkan respon imun dalam tubuh. Respons ini melindungi organisme yang terkena, menghilangkan patogen.

Banyak aspek fungsi dari sistem kekebalan tubuh yang terkenal. Namun, peristiwa molekuler, struktural dan fisiologis di mana centrosome terlibat tetap merupakan teka-teki.

Studi terbaru telah menemukan perubahan dinamis yang tak terduga dalam struktur, lokasi dan fungsi centrosome dalam berbagai kondisi terkait dengan stres. Sebagai contoh, setelah meniru kondisi infeksi, ditemukan peningkatan produksi PCM dan mikrotubulus dalam sel interfase..

Centrosom dalam sinaps imunologis

Centrosome memainkan peran yang sangat penting dalam struktur dan fungsi sinaps imunologis (SI). Struktur ini dibentuk oleh interaksi khusus antara sel T dan sel antigen-presenting (APC). Interaksi sel-sel ini mengawali migrasi centrosome ke SI dan penggabungannya selanjutnya ke membran plasma.

Kopling centrosome di SI mirip dengan yang diamati selama ciliogenesis. Namun, dalam kasus ini, ia tidak memulai perakitan silia, tetapi berpartisipasi dalam organisasi SI dan sekresi vesikula sitotoksik untuk melisiskan sel target, yang merupakan organ kunci dalam aktivasi sel T..

Centrosome dan tekanan panas

Centrosome ditargetkan oleh "pendamping molekuler" (satu set protein yang fungsinya untuk membantu pelipatan, perakitan dan transportasi seluler protein lain) yang memberikan perlindungan terhadap paparan terhadap guncangan termal dan stres.

Faktor-faktor stres yang mempengaruhi centrosome termasuk kerusakan pada DNA dan panas (seperti yang diderita oleh sel-sel pasien demam). Kerusakan DNA memulai jalur perbaikan DNA, yang dapat memengaruhi fungsi centrosome dan komposisi protein.

Tegangan yang dihasilkan oleh panas menyebabkan modifikasi struktur centriole, gangguan centrosome dan inaktivasi total kapasitasnya untuk membentuk mikrotubulus, mengubah pembentukan gelendong mitosis dan mencegah mitosis.

Gangguan fungsi centrosom selama demam bisa menjadi reaksi adaptif untuk menonaktifkan kutub gelendong dan mencegah pembelahan DNA yang tidak normal selama mitosis, terutama mengingat potensi disfungsi beberapa protein setelah denaturasi yang disebabkan oleh panas..

Juga, ini dapat memberikan sel waktu ekstra untuk memulihkan kumpulan protein fungsionalnya sebelum memulai kembali pembelahan sel.

Konsekuensi lain dari inaktivasi centrosome selama demam adalah ketidakmampuannya untuk pindah ke SI untuk mengaturnya dan berpartisipasi dalam sekresi vesikel sitotoksik.

Perkembangan centrioles yang abnormal

Pengembangan centriole adalah proses yang sangat kompleks dan, meskipun melibatkan serangkaian protein pengatur, berbagai jenis kegagalan dapat terjadi..

Jika ada ketidakseimbangan dalam proporsi protein, sentriol anak mungkin rusak, geometrinya dapat terdistorsi, sumbu pasangan mungkin menyimpang dari tegak lurus, beberapa sentriol anak dapat berkembang, sentriol anak dapat mencapai panjang penuh sebelum waktu, atau decoupling dari teman sebaya mungkin tertunda.

Ketika ada duplikasi centrioles yang keliru atau keliru (dengan cacat geometris dan / atau duplikasi ganda), replikasi DNA diubah, ketidakstabilan kromosom (CIN) terjadi.

Demikian juga, cacat centrosome (misalnya, centrosome yang diperbesar atau diperbesar) menyebabkan CIN, dan mempromosikan pengembangan beberapa sentriol anak..

Kesalahan perkembangan ini menyebabkan kerusakan pada sel yang dapat menyebabkan keganasan.

Centriolos abnormal dan sel-sel ganas

Berkat intervensi protein pengatur, ketika anomali terdeteksi dalam pengembangan centriole dan / atau centrosome, sel-sel dapat menerapkan koreksi diri anomali.

Namun, kegagalan untuk mengoreksi sendiri anomali, sentriol abnormal atau banyak anak ("supriumerary centrioles") dapat menyebabkan pembentukan tumor ("tumorigenesis") atau kematian sel..

Sentriol supernumerary cenderung bersatu, mengarah ke cluster centrosome ("amplifikasi centrosome", karakteristik sel kanker), mengubah polaritas sel dan perkembangan normal dari mitosis, yang menghasilkan penampilan tumor.

Sel-sel dengan sentriol supernumerary ditandai oleh kelebihan bahan pericentriolar, gangguan struktur silinder atau panjangnya sentriol dan sentriol yang tidak tegak lurus atau ditempatkan dengan buruk.

Telah dikemukakan bahwa kelompok sentriol atau centrosom dalam sel kanker dapat berfungsi sebagai "biomarker" dalam penggunaan agen terapi dan pencitraan, seperti nanopartikel super-paramagnetik..

Referensi

  1. Borisy, G., Heald, R., Howard, J., Janke, C., Musacchio, A., & Nogales, E. (2016). Mikrotubulus: 50 tahun sejak penemuan tubulin. Ulasan Alam Molekul Sel Biologi, 17 (5), 322-328.
  2. Buchwalter, R. A., Chen, J.V., Zheng, Y., & Megraw, T. L. Centrosome di Divisi Sel, Pengembangan dan Penyakit. eS.
  3. Gambarotto, D., & Basto, R. (2016). Konsekuensi dari Cacat Numerik Centrosome dalam Pembangunan dan Penyakit. Dalam The Microtubule Cytoskeleton (hlm. 117-149). Springer Vienna.
  4. Huston, R. L. (2016). Tinjauan Aktivitas Centriole, dan Aktivitas Salah, selama Pembelahan Sel. Kemajuan dalam Bioscience dan Bioteknologi, 7 (03), 169.
  5. Inaba, K., & Mizuno, K. (2016). Disfungsi sperma dan ciliopathy. Kedokteran dan Biologi Reproduksi, 15 (2), 77-94.
  6. Keeling, J., Tsiokas, L., & Maskey, D. (2016). Mekanisme seluler dari kontrol panjang ciliary. Sel, 5 (1), 6.
  7. Lodish, H., Berk, A., Kaiser, C.A., Krieger, M., Bretscher, A., Ploegh, H., Amon, A., Martin, K.C. (2016). Biologi Sel Molekuler. New York: W. H. Freeman dan Perusahaan.
  8. Matamoros, A. J., & Baas, P. W. (2016). Mikrotubulus dalam kesehatan dan penyakit degeneratif sistem saraf. Buletin Penelitian Otak, 126, 217-225.
  9. Pellegrini, L., Wetzel, A., Granno, S., Heaton, G., & Harvey, K. (2016). Kembali ke tubulus: dinamika mikrotubulus pada penyakit Parkinson. Ilmu Seluler dan Molekuler, 1-26.
  10. Scheer, U. (2014). Akar sejarah penelitian centrosome: penemuan slide mikroskop Boveri di Würzburg. Phil. Trans. R. Soc. B, 369 (1650), 20130469.
  11. Severson, A. F., von Dassow, G., & Bowerman, B. (2016). Bab Lima-Oocyte Meiotic Spindle Majelis dan Fungsi. Topik terkini dalam biologi perkembangan, 116, 65-98.
  12. Soley, J. T. (2016). Tinjauan komparatif kompleks sentriolar sperma pada mamalia dan burung: Variasi pada suatu tema. Ilmu reproduksi hewan, 169, 14-23.
  13. Vertii, A., & Doxsey, S. (2016). Centrosome: Organ Phoenix dari Respon Kekebalan Tubuh. Biologi Sel Tunggal, 2016.
  14. Vertii, A., Hehnly, H., & Doxsey, S. (2016). Centrosome, Organelle Renaissance Multitalenta. Perspektif Cold Spring Harbor dalam Biologi, 8 (12), a025049.
  15. Aktivasi limfosit T. Karya asli Pemerintah Federal AS - domain publik. Diterjemahkan oleh BQmUB2012110.
  16. Alejandro Porto - Berasal dari File: Aufbau einer Tierischen Zelle.jpg dari Petr94. Garis dasar sel eukariotik hewan. 
  17. Kelvinsong - Centrosome Cycle (versi editor) .svg. Diterjemahkan ke dalam bahasa Spanyol oleh Alejandro Porto.
  18. Kelvinsong - Pekerjaan sendiri. Diagram centrosome, tanpa bingkai kuning.
  19. Kelvinsong, Centriole-en, CC BY 3.0. 
  20. NIAID / NIH - photostream NIAID Flickr. Mikrograf limfosit T manusia (juga disebut sel T) dari sistem kekebalan tubuh donor yang sehat.  
  21. Silvia Márquez dan Andrea Lassalle, Tubulina, CC BY 3.0
  22. Diagram spermatozoon sederhana.svg: Karya turunan Mariana Ruiz: Miguelferig.