Centrosoma

En biología celular, el centrosoma (del latín centrum 'centro' + griego sōma 'cuerpo') (también llamado citocentro) es un orgánulo que sirve como el principal centro organizador de microtúbulos (MTOC) de la célula animal, así como un regulador de la actividad celular. -Progresión del ciclo. El centrosoma proporciona estructura a la célula. Se cree que el centrosoma evolucionó solo en el linaje metazoario de las células eucariotas. Los hongos y las plantas carecen de centrosomas y, por lo tanto, utilizan otras estructuras para organizar sus microtúbulos. Aunque el centrosoma tiene un papel clave en la mitosis eficiente en células animales, no es esencial en ciertas especies de moscas y platelmintos.

Los centrosomas están compuestos por dos centriolos dispuestos en ángulo recto entre sí y rodeados por una masa de proteína densa y altamente estructurada denominada material pericentriolar (PCM). El PCM contiene proteínas responsables de la nucleación y el anclaje de los microtúbulos, incluidas la γ-tubulina, la pericentrina y la nineina. En general, cada centriolo del centrosoma se basa en un microtúbulo de nueve tripletes ensamblados en una estructura de rueda de carro y contiene centrina, cenexina y tektina. En muchos tipos de células, el centrosoma es reemplazado por un cilio durante la diferenciación celular. Sin embargo, una vez que la célula comienza a dividirse, el cilio es reemplazado nuevamente por el centrosoma.

Historia

El centrosoma fue descubierto conjuntamente por Walther Flemming en 1875 y Edouard Van Beneden en 1876, y posteriormente descrito y nombrado en 1888 por Theodor Boveri.

Funciones

Los centrosomas se asocian con la membrana nuclear durante la etapa de profase del ciclo celular. Durante la mitosis, la membrana nuclear se rompe y los microtúbulos nucleados en el centrosoma pueden interactuar con los cromosomas para construir el huso mitótico.

El centriolo madre, el mayor de los dos en el par de centriolos, también tiene un papel central en la producción de cilios y flagelos.

El centrosoma se copia solo una vez por ciclo celular, de modo que cada célula hija hereda un centrosoma, que contiene dos estructuras llamadas centriolos. El centrosoma se replica durante la fase S del ciclo celular. Durante la profase en el proceso de división celular llamado mitosis, los centrosomas migran a los polos opuestos de la célula. Luego se forma el huso mitótico entre los dos centrosomas. Tras la división, cada célula hija recibe un centrosoma. Números aberrantes de centrosomas en una célula se han asociado con el cáncer. La duplicación de un centrosoma es similar a la replicación del ADN en dos aspectos: la naturaleza semiconservadora del proceso y la acción de CDK2 como regulador del proceso.Pero los procesos son esencialmente diferentes en el sentido de que la duplicación del centrosoma no se produce mediante la lectura y el ensamblaje de la plantilla. El centríolo madre solo ayuda en la acumulación de materiales necesarios para el ensamblaje del centriolo hija.

Los centríolos, sin embargo, no son necesarios para la progresión de la mitosis. Cuando los centriolos son irradiados por un láser, la mitosis procede normalmente con un huso morfológicamente normal. Además, el desarrollo de la mosca de la fruta Drosophila es en gran medida normal cuando los centríolos están ausentes debido a una mutación en un gen necesario para su duplicación. En ausencia de los centríolos, los microtúbulos del huso son enfocados por motores, lo que permite la formación de un huso bipolar. Muchas células pueden experimentar una interfase completa sin centríolos.

A diferencia de los centríolos, los centrosomas son necesarios para la supervivencia del organismo. Las células sin centrosomas carecen de arreglos radiales de microtúbulos astrales. También son defectuosos en el posicionamiento del huso y en la capacidad de establecer un sitio de localización central en la citocinesis. Se supone que la función de los centrosomas en este contexto garantiza la fidelidad de la división celular, ya que aumenta en gran medida la eficacia. Algunos tipos de células se detienen en el siguiente ciclo celular cuando los centrosomas están ausentes. Este no es un fenómeno universal.

Cuando se fertiliza el óvulo del nematodo C. elegans, el esperma produce un par de centríolos. Estos centríolos formarán los centrosomas, que dirigirán la primera división celular del cigoto, y esto determinará su polaridad. Todavía no está claro si el papel del centrosoma en la determinación de la polaridad es dependiente o independiente de los microtúbulos.

En la reproducción humana, el esperma suministra el centriolo que crea el centrosoma y el sistema de microtúbulos del cigoto.

Alteraciones del centrosoma en células cancerosas

Theodor Boveri, en 1914, describió las aberraciones del centrosoma en las células cancerosas. Esta observación inicial se extendió posteriormente a muchos tipos de tumores humanos. Las alteraciones del centrosoma en el cáncer se pueden dividir en dos subgrupos, es decir, aberraciones estructurales o numéricas, aunque ambas se pueden encontrar simultáneamente en un tumor.

Aberraciones estructurales

Por lo general, las aberraciones estructurales aparecen debido a la expresión descontrolada de los componentes del centrosoma, o debido a modificaciones postraduccionales (como fosforilaciones) que no son adecuadas para los componentes. Estas modificaciones pueden producir variaciones en el tamaño del centrosoma (generalmente demasiado grande, debido a un exceso de material pericentriolar). Además, debido a que las proteínas del centrosoma tienen tendencia a formar agregados, a menudo se observan cuerpos relacionados con el centrosoma (CRB) en lugares ectópicos. Tanto los centrosomas agrandados como los CRB son similares a las estructuras centrosómicas observadas en los tumores. Más aún, estas estructuras pueden inducirse en células de cultivo mediante la sobreexpresión de proteínas centrosómicas específicas, como CNap-1 o Nlp.Estas estructuras pueden parecer muy similares, pero estudios detallados revelan que pueden presentar propiedades muy diferentes, dependiendo de su composición proteica. Por ejemplo, su capacidad para incorporar complejos γ-TuRC (ver también: γ-tubulina) puede ser muy variable y, por lo tanto, su capacidad para nuclear microtúbulos afecta la forma, la polaridad y la motilidad de las células tumorales implicadas de diferentes maneras.

Aberraciones numéricas

La presencia de un número inadecuado de centrosomas está muy frecuentemente ligada a la aparición de inestabilidad genómica y a la pérdida de diferenciación tisular. Sin embargo, el método para contar el número de centrosomas (con dos centriolos para cada centrosoma) a menudo no es muy preciso, porque con frecuencia se evalúa mediante microscopía de fluorescencia, que no tiene una resolución óptica lo suficientemente alta para resolver los centriolos que están muy cerca unos de otros.. Sin embargo, está claro que la presencia de un exceso de centrosomas es un evento común en los tumores humanos. Se ha observado que la pérdida del supresor tumoral p53 produce centrosomas superfluos, así como la desregulación de otras proteínas implicadas en la formación de cáncer en humanos, como BRCA1 y BRCA2. (Para referencias, véase.) Un exceso de centrosomas puede generarse por mecanismos muy diferentes: reduplicación específica del centrosoma, fallo de la citocinesis durante la división celular (generando un aumento del número de cromosomas), fusión celular (como en casos de infección por virus específicos) o de novo generación de centrosomas. En este punto, no hay información suficiente para saber qué tan prevalentes son estos mecanismos in vivo., pero es posible que el aumento en el número de centrosomas debido a una falla durante la división celular sea más frecuente de lo que se cree, porque muchos defectos "primarios" en una célula (desregulación del ciclo celular, ADN defectuoso o metabolismo de la cromatina, falla en el control del huso, etc.) generaría un fallo en la división celular, un aumento de la ploidía y un aumento del número de centrosomas como efecto "secundario".

Evolución

La historia evolutiva del centrosoma y el centriolo se ha rastreado para algunos de los genes distintivos, por ejemplo, las centrinas. Las centrinas participan en la señalización del calcio y son necesarias para la duplicación del centriolo. Existen dos subfamilias principales de centrinas, las cuales están presentes en el eucariota de ramificación temprana Giardia intestinalis. Por lo tanto, las centrinas han estado presentes en el ancestro común de los eucariotas. Por el contrario, no tienen homólogos reconocibles en arqueas y bacterias y, por lo tanto, forman parte de los "genes de firma eucarióticos". Aunque existen estudios sobre la evolución de las centrinas y centriolos, no se han publicado estudios sobre la evolución del material pericentriolar.

Es evidente que algunas partes del centrosoma están muy divergentes en las especies modelo Drosophila melanogaster y Caenorhabditis elegans. Por ejemplo, ambas especies han perdido una de las subfamilias centrinas que generalmente se asocian con la duplicación del centríolo. Los mutantes de Drosophila melanogaster que carecen de centrosomas pueden incluso convertirse en moscas adultas morfológicamente normales, que luego mueren poco después del nacimiento porque sus neuronas sensoriales carecen de cilios. Por lo tanto, estas moscas han desarrollado una maquinaria funcionalmente redundante, que es independiente de los centrosomas.

Nucleótidos asociados

La investigación realizada en 2006 indicó que los centrosomas de los huevos de almejas del Atlántico contienen secuencias de ARN. Las secuencias identificadas se encontraron en "pocos o ningún" otros lugares de la célula y no aparecen en las bases de datos genómicas existentes. Una secuencia de ARN identificada contiene una supuesta ARN polimerasa, lo que lleva a la hipótesis de un genoma basado en ARN dentro del centrosoma. Sin embargo, investigaciones posteriores han demostrado que los centrosomas no contienen sus propios genomas basados ​​en ADN. Si bien se confirmó que las moléculas de ARN se asocian con los centrosomas, las secuencias aún se han encontrado dentro del núcleo. Además, los centrosomas pueden formarse de novo después de haber sido eliminados (p. ej., mediante irradiación con láser) de células normales.