En biología celular , el centrosoma (latín centrum 'centro' + griego sōma 'cuerpo') (también llamado citocentro [1] ) es un orgánulo que sirve como el principal centro organizador de microtúbulos (MTOC) de la célula animal , así como un regulador de la progresión del ciclo celular . El centrosoma proporciona estructura a la célula. Se cree que el centrosoma ha evolucionado solo en el linaje metazoario de células eucariotas . [2] Los hongos y las plantas carecen de centrosomas y, por lo tanto, utilizan otras estructuras para organizar sus microtúbulos. [3] [4]Aunque el centrosoma tiene un papel clave en la mitosis eficiente en células animales, no es esencial en ciertas especies de moscas y gusanos planos. [5] [6] [7]
Los centrosomas están compuestos por dos centriolos dispuestos en ángulo recto entre sí y rodeados por una masa de proteína densa y altamente estructurada [8] denominada material pericentriolar (PCM). El PCM contiene proteínas responsables de la nucleación y el anclaje de los microtúbulos [9] , que incluyen γ-tubulina , pericentrina y ninein . En general, cada centríolo del centrosoma se basa en un microtúbulo de nueve tripletes ensamblado en una estructura de rueda de carro y contiene centrina , cenexina y tektin . [10] 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. [11]
Historia
El centrosoma fue descubierto conjuntamente por Walther Flemming en 1875 [12] [13] y Edouard Van Beneden en 1876, [14] [13] y posteriormente descrito y nombrado en 1888 por Theodor Boveri . [15]
Funciones
Los centrosomas están asociados 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 centrosoma pueden interactuar con los cromosomas para construir el huso mitótico .
El centríolo madre, el más antiguo de los dos en el par de centríolos, también tiene un papel central en la formación de cilios y flagelos . [10]
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. A continuación, se forma el huso mitótico entre los dos centrosomas. Tras la división, cada célula hija recibe un centrosoma. Un número aberrante de centrosomas en una célula se ha 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. [16] Pero los procesos son esencialmente diferentes en que la duplicación del centrosoma no ocurre por lectura y ensamblaje de la plantilla. El centríolo madre solo ayuda en la acumulación de materiales necesarios para el ensamblaje del centríolo hijo. [17]
Sin embargo, los centríolos no son necesarios para la progresión de la mitosis. Cuando los centriolos son irradiados por láser, la mitosis procede normalmente con un huso morfológicamente normal. Además, el desarrollo de la mosca de la fruta Drosophila es en gran parte normal cuando los centríolos están ausentes debido a una mutación en un gen necesario para su duplicación. [18] En ausencia de los centriolos, 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 centriolos. [10]
A diferencia de los centriolos, los centrosomas son necesarios para la supervivencia del organismo. Las células sin centrosomas carecen de matrices radiales de microtúbulos astrales . También son defectuosos en la posición del huso y en la capacidad de establecer un sitio de localización central en la citocinesis. Se plantea la hipótesis de que la función de los centrosomas en este contexto asegura 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 libera un par de centriolos. Estos centriolos 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, los espermatozoides suministran el centríolo que crea el centrosoma y el sistema de microtúbulos del cigoto. [19]
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. [20] Las alteraciones del centrosoma en el cáncer se pueden dividir en dos subgrupos, es decir, aberraciones estructurales o numéricas, pero ambos se pueden encontrar simultáneamente en un tumor.
Aberraciones estructurales
Por lo general, las aberraciones estructurales aparecen debido a la expresión incontrolada de los componentes del centrosoma, o debido a modificaciones postraduccionales (como las 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, los cuerpos relacionados con el centrosoma (CRB) a menudo se observan en lugares ectópicos. [21] Tanto los centrosomas agrandados como los CRB son similares a las estructuras del centrosomas que se observan en los tumores. [22] Aún más, estas estructuras se pueden inducir en células de cultivo mediante la sobreexpresión de proteínas centrosómicas específicas, como CNap-1 o Nlp. [21] [23] 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, por lo que su capacidad para nuclear microtúbulos [22] afecta la forma, polaridad y motilidad de las células tumorales implicadas de diferentes formas.
Aberraciones numéricas
La presencia de un número inadecuado de centrosomas está muy a menudo relacionada con la aparición de inestabilidad del genoma y la pérdida de diferenciación tisular. [22] [24] Sin embargo, el método para contar el número de centrosoma (con dos centriolos en cada centrosoma) a menudo no es muy preciso, porque se evalúa con frecuencia mediante microscopía de fluorescencia , que no tiene una resolución óptica lo suficientemente alta para resolver los centríolos que están muy cerca el uno del otro. 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 de tumores p53 produce centrosomas superfluos, [25] además de desregular otras proteínas implicadas en la formación de cáncer en humanos, como BRCA1 y BRCA2 . (Para referencias, ver [20] .) Un exceso de centrosomas puede ser generado por mecanismos muy diferentes: reduplicación específica del centrosoma, falla de la citocinesis durante la división celular (generando un aumento en el número de cromosomas), fusión celular (como en los casos de infección por virus específicos) o generación de novo 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 aprecia, debido a que muchos defectos "primarios" en uno. celular (desregulación del ciclo celular , ADN defectuoso o metabolismo de la cromatina , falla en el punto de control del huso , etc.) generaría una falla en la división celular, un aumento de la ploidía y un aumento del número de centrosomas como efecto "secundario". [26] [27]
Evolución
La historia evolutiva del centrosoma y el centríolo se ha rastreado para algunos de los genes característicos, por ejemplo, las centrinas . [2] Las centrinas participan en la señalización del calcio y son necesarias para la duplicación de centriolos. [28] Existen dos subfamilias principales de centrinas, las cuales están presentes en el eucariota de ramificación temprana Giardia intestinalis . Por tanto, las centrinas han estado presentes en el ancestro común de los eucariotas. Por el contrario, no tienen homólogos reconocibles en archea y bacterias y, por lo tanto, forman parte de los "genes característicos de eucariotas". Aunque existen estudios sobre la evolución de las centrinas y centriolos, [2] [29] 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 de centrinas que suelen estar asociadas con la duplicación de centriolos. 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 . [18] Por lo tanto, estas moscas han desarrollado una maquinaria funcionalmente redundante, que es independiente de los centrosomas.
Nucleótidos asociados
La investigación en 2006 indicó que los centrosomas de los huevos de almejas atlánticas contienen secuencias de ARN . Las secuencias identificadas se encontraron en "pocos o ningún otro lugar" de la célula y no aparecen en las bases de datos del genoma existentes . Una secuencia de ARN identificada contiene una ARN polimerasa putativa , lo que lleva a la hipótesis de un genoma basado en ARN dentro del centrosoma. [30] Sin embargo, investigaciones posteriores han demostrado que el centrosoma no contiene 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 (por ejemplo, mediante irradiación con láser) de las células normales. [29]
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