Sentrosomi – rakenne, toiminta ja rooli solunjakautumisessa

Sentrosomi — eläinsolujen mikrotubulusten järjestäjä: rakenne, toiminta ja rooli solunjakautumisessa. Selkeä ja ytimekäs katsaus sentriosomien merkitykseen mitoosissa.

Solubiologiassa sentrosomi on organelli, joka on solun mikrotubulusten tärkein järjestäytymispaikka. Lisäksi se säätelee solunjakautumissykliä eli vaiheita, jotka johtavat siihen, että yksi solu jakautuu kahdeksi.

Edouard Van Beneden löysi sentrosomin vuonna 1883, ja Theodor Boveri kuvasi ja nimesi sen vuonna 1888.

Sentrosomi on ilmeisesti kehittynyt vain eläinsoluissa. Sienet ja kasvit käyttävät muita rakenteita mikrotubulustensa järjestämiseen. Vaikka sentrosomilla on eläinsoluissa keskeinen rooli tehokkaassa mitoosissa, se ei ole välttämätön.

Sentrosomi koostuu kahdesta sentriolista, jotka ovat suorassa kulmassa toisiinsa nähden. Niitä ympäröi muodoton proteiinimassa.

Rakenne

Sentrosomi sisältää yleensä parin sentriolia (tavanomaisesti yksi äiti ja yksi tyttö), jotka ovat toisiinsa nähden lähes kohtisuorassa. Yksi sentrioli on sylinterimäinen rakenne, jossa tubuliinit muodostavat useimmiten yhdeksän mikrotubulitripletin kehän. Sentriolin halkaisija on tyypillisesti muutamia satoja nanometrejä ja pituus muutamia satoja nanometrejä.

Sentrioleja ympäröi perisentriulaarinen materiaali (PCM), joka on amorfinen proteiiniverkosto. PCM sisältää useita tärkeitä proteiineja, kuten γ-tubuliinia ja muita γ-TuRC-komponentteja, pericentrinin, CDK5RAP2/CEP215:n ja CEP192:n. PCM toimii paikkana, josta mikro­tubulukset nukleoidaan ja joihin lukuisat säätelyproteiinit kiinnittyvät.

Toiminta

Sentrosomin päätuote on toimia solun pääasiallisena mikrotubulusten järjestäytymispaikkana (MTOC). PCM:n γ-tubuliinireseptorit muodostavat lähtökohdan uusille mikrotubuluksille, mikä mahdollistaa niiden kasvun tietyistä suunnista ja muodostaa solun sisäisiä säteittäisiä aster-rakenteita. Näin sentrosomi säätelee solun sisäistä organellien sijoittumista, solun muotoa ja intracellulaarista kuljetusta.

Sentrosomi osallistuu myös muodostamaan mitoottisen spindelin, joka ohjaa kromosomien tasaista jakautumista tytärsoluihin. Sentrosomien asema ja kiertokulku vaikuttavat siihen, miten spindeli muodostuu ja miten kromosomit liitetään liinallaan (kinetokoriin).

Sentrosomin kierto ja jakautuminen

• Centrosomin duplikaatio alkaa yleensä S-vaiheessa: jokainen sentrioli toimii mallina uuden sentriolin rakentumiselle. Tämä prosessi on tiukasti säädelty ja siihen osallistuvat proteiinit kuten PLK4, SAS-6 ja muut sentriolien muodostukseen liittyvät tekijät.
• G2- ja M-vaiheissa sentrosomit erottuvat toisistaan ja siirtyvät solun vastakkaisille puolille. Tämän avulla mitoottinen pysyvä spindeli muodostuu kahden keskittymispisteen väliin.
• Äiti-sentriolilla on usein erikoisia rakenteita (distaalit ja subdistaaliset lisäkkeet), jotka mahdollistavat esimerkiksi siilien tai karvojen (cilia) muodostumisen. Äiti-sentrioli voi toimia tukena basal body -toiminnolle, joka on välttämätön yhden karvakerroksen (primary cilium) muodostukselle.

Rooli solunjakautumisessa

Sentrosomien oikea aikaistuminen ja sijainti ovat tärkeitä tasaisen kromosomien jaon varmistamiseksi. Jos sentrosomin toiminta on häiriintynyt, seurauksena voi olla epänormaali spindeli, epäjatkuva kromosomijako ja siten aneuploidi eli kromosomien lukumäärän poikkeavuudet.

Kuitenkin monissa soluissa (esim. useissa kasvi- ja sienisoluissa sekä joissain eläinsolujen tilanteissa) spindeli voi muodostua myös sentrosomivapaasti käyttäen muita mekanismeja, kuten tumamateriaalin ja RanGTP-riippuvia ratoja. Tämä selittää sen, miksi sentrosomi on hyödyllinen mutta ei ehdottoman välttämätön kaikissa soluissa.

Muutokset ja lääketieteellinen merkitys

Sentrosomin toimintahäiriöt liittyvät useisiin sairauksiin. Esimerkiksi sentrosomien määrän lisääntyminen (sentrosomi-amplifikaatio) on yleinen piirre monissa syöpäsoluissa ja voi edistää kromosomipotentiaalista epätasapainoa ja genomi-instabiliteettia. Myös perinnölliset mutaatiot sentrosomiproteiineissa voivat johtaa kehityshäiriöihin, kuten joihinkin mikroenkefaliaa aiheuttaviin oireyhtymiin.

Lisäksi sentriolin rakenne- tai toimintahäiriöt voivat estää primary cilium- muodostuksen, mikä puolestaan aiheuttaa laajan kirjon niin kutsuttuja ciliopatioita (esim. munuaisten, aistien ja kehityksen ongelmia).

Tutkimusmenetelmät ja havainnot

Sentrosomin tutkimuksessa käytetään mm. elektronimikroskopiaa sentriolin ultrastruktuurin määrittämiseen, immunofluoresenssia PCM- ja sentrioliproteiinien paikantamiseen sekä biokemiallisia menetelmiä proteiinien ja vuorovaikutusten kartoittamiseen. Genetiikka ja solubiologian tekniikat (esim. RNAi, CRISPR) ovat paljastaneet monia sentrosomin säätelytekijöitä.

Yhteenveto

Sentrosomi on eläinsoluissa keskeinen mikrotubuluksen järjestäjä ja tärkeä mitoosin ja solurakenteen kannalta. Se koostuu kahdesta sentriolista ja niitä ympäröivästä proteiinimassasta, joka sisältää mikrotubulusten nukleointiin tarvittavat komponentit. Vaikka normaalisti sentrosomit helpottavat tehokasta ja tarkkaa solunjakautumista, solut voivat tietyissä olosuhteissa muodostaa toimivan spindelin myös ilman sentrosomeja.

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mikä on sentrosomi?

K: Kuka löysi sentrosomin ja milloin?

K: Käyttävätkö sienet ja kasvit sentrosomia mikrotubulustensa järjestämiseen?

K: Onko sentrosomi kehittynyt kaikissa solutyypeissä?

K: Onko sentrosomi välttämätön tehokkaan mitoosin kannalta eläinsoluissa?

K: Mistä sentrosomi koostuu?

K: Mikä on sentrosomin tärkein tehtävä?

Hae kirjaimella