Centrosome - Centrosome
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En biologie cellulaire , le centrosome (latin centrum 'centre' + grec sōma 'corps') (également appelé cytocentre ) est un organite qui sert de principal centre d'organisation des microtubules (MTOC) de la cellule animale , ainsi qu'un régulateur de la cellule -déroulement du cycle . Le centrosome fournit la structure de la cellule. On pense que le centrosome n'a évolué que dans la lignée métazoaire des cellules eucaryotes . Les champignons et les plantes manquent de centrosomes et utilisent donc d'autres structures pour organiser leurs microtubules. Bien que le centrosome joue un rôle clé dans une mitose efficace dans les cellules animales, il n'est pas essentiel chez certaines espèces de mouches et de vers plats.
Les centrosomes sont composés de deux centrioles disposés à angle droit l'un par rapport à l'autre et entourés d'une masse protéique dense et hautement structurée appelée matériau péricentriolaire (PCM). Le PCM contient des protéines responsables de la nucléation et de l'ancrage des microtubules , notamment la -tubuline , la péricentrine et la ninein . En général, chaque centriole du centrosome est basé sur un microtubule à neuf triplets assemblés dans une structure en roue de charrette et contient de la centrine , de la cénéxine et de la tektine . Dans de nombreux types cellulaires, le centrosome est remplacé par un cil lors de la différenciation cellulaire. Cependant, une fois que la cellule commence à se diviser, le cil est à nouveau remplacé par le centrosome.
Histoire
Le centrosome a été découvert conjointement par Walther Flemming en 1875 et Edouard Van Beneden en 1876, puis décrit et nommé en 1888 par Theodor Boveri .
Les fonctions
Les centrosomes sont associés à la membrane nucléaire pendant la phase de prophase du cycle cellulaire. Au cours de la mitose , les ruptures de la membrane nucléaire vers le bas, et les nucléés centrosome- microtubules peuvent interagir avec les chromosomes pour construire la broche mitotique .
Le centriole mère, le plus âgé des deux dans la paire de centrioles, a également un rôle central dans la fabrication des cils et des flagelles .
Le centrosome n'est copié qu'une seule fois par cycle cellulaire , de sorte que chaque cellule fille hérite d'un centrosome, contenant deux structures appelées centrioles. Le centrosome se réplique pendant la phase S du cycle cellulaire. Au cours de la prophase du processus de division cellulaire appelée mitose , les centrosomes migrent vers les pôles opposés de la cellule. Le fuseau mitotique se forme alors entre les deux centrosomes. Lors de la division, chaque cellule fille reçoit un centrosome. Un nombre aberrant de centrosomes dans une cellule a été associé au cancer . Le doublement d'un centrosome est similaire à la réplication de l'ADN à deux égards : la nature semi - conservatrice du processus et l'action de CDK2 en tant que régulateur du processus. Mais les processus sont essentiellement différents en ce que le doublement des centrosomes ne se produit pas par la lecture et l'assemblage du modèle. Le centriole mère ne fait qu'aider à l'accumulation des matériaux nécessaires à l'assemblage du centriole fille.
Cependant, les centrioles ne sont pas nécessaires à la progression de la mitose. Lorsque les centrioles sont irradiés par un laser, la mitose se déroule normalement avec un fuseau morphologiquement normal. De plus, le développement de la mouche des fruits Drosophila est en grande partie normal lorsque les centrioles sont absents en raison d'une mutation dans un gène nécessaire à leur duplication. En l'absence des centrioles, les microtubules du fuseau sont focalisés par des moteurs , permettant la formation d'un fuseau bipolaire. De nombreuses cellules peuvent subir une interphase complète sans centrioles.
Contrairement aux centrioles, les centrosomes sont nécessaires à la survie de l'organisme. Les cellules sans centrosomes sont dépourvues de réseaux radiaux de microtubules astraux . Ils sont également défectueux dans le positionnement du fuseau et dans la capacité d'établir un site de localisation central dans la cytokinèse. La fonction des centrosomes dans ce contexte est supposée assurer la fidélité de la division cellulaire , car elle augmente considérablement l'efficacité. Certains types de cellules s'arrêtent dans le cycle cellulaire suivant lorsque les centrosomes sont absents. Ce n'est pas un phénomène universel.
Lorsque l' ovule du nématode C. elegans est fécondé, le spermatozoïde délivre une paire de centrioles. Ces centrioles formeront les centrosomes, qui dirigeront la première division cellulaire du zygote , et cela déterminera sa polarité. Il n'est pas encore clair si le rôle du centrosome dans la détermination de la polarité est dépendant ou indépendant des microtubules.
Dans la reproduction humaine, le sperme fournit le centriole qui crée le système centrosome et microtubulaire du zygote.
Altérations des centrosomes dans les cellules cancéreuses
Theodor Boveri , en 1914, a décrit les aberrations des centrosomes dans les cellules cancéreuses . Cette première observation a ensuite été étendue à de nombreux types de tumeurs humaines. Les altérations des centrosomes dans le cancer peuvent être divisées en deux sous-groupes, c'est-à-dire les aberrations structurelles ou numériques, mais les deux peuvent être trouvées simultanément dans une tumeur.
Aberrations structurelles
Habituellement, des aberrations structurelles apparaissent en raison de l'expression incontrôlée des composants du centrosome, ou en raison de modifications post-traductionnelles (telles que les phosphorylations) qui ne sont pas adéquates pour les composants. Ces modifications peuvent produire des variations de taille des centrosomes (généralement trop importantes, en raison d'un excès de matériel péricentriolaire). De plus, comme les protéines centrosomales ont tendance à former des agrégats, des corps apparentés aux centrosomes (CRB) sont souvent observés dans les endroits ectopiques. Les centrosomes agrandis et les CRB sont similaires aux structures centrosomiques observées dans les tumeurs. De plus, ces structures peuvent être induites dans des cellules en culture par surexpression de protéines centrosomiques spécifiques, telles que CNap-1 ou Nlp. Ces structures peuvent sembler très similaires, mais des études détaillées révèlent qu'elles peuvent présenter des propriétés très différentes, selon leur composition protéique. Par exemple, leur capacité à incorporer des complexes γ-TuRC (voir aussi : γ-tubuline ) peut être très variable, et donc leur capacité à nucléer des microtubules affecte donc la forme, la polarité et la motilité des cellules tumorales impliquées de différentes manières.
Aberrations numériques
La présence d'un nombre insuffisant de centrosomes est très souvent liée à l'apparition d' une instabilité du génome et à la perte de différenciation tissulaire. Cependant, la méthode pour compter le nombre de centrosomes (avec deux centrioles pour chaque centrosome) est souvent peu précise, car elle est fréquemment évaluée en microscopie à fluorescence , qui n'a pas une résolution optique suffisamment élevée pour résoudre des centrioles très proches les uns des autres. . Néanmoins, il est clair que la présence d'un excès de centrosomes est un événement courant dans les tumeurs humaines. Il a été observé que la perte du suppresseur de tumeur p53 produit des centrosomes superflus, ainsi que la dérégulation d'autres protéines impliquées dans la formation du cancer chez l'homme, telles que BRCA1 et BRCA2 . (Pour les références, voir .) Un excès de centrosomes peut être généré par des mécanismes très différents : réduplication spécifique du centrosome, échec de la cytokinèse lors de la division cellulaire (générant une augmentation du nombre de chromosomes), fusion cellulaire (comme en cas d'infection par virus) ou la génération de novo de centrosomes. À ce stade, les informations sont insuffisantes pour connaître la prévalence de ces mécanismes in vivo , mais il est possible que l'augmentation du nombre de centrosomes due à un échec au cours de la division cellulaire soit plus fréquente qu'on ne l'aurait cru, car de nombreux défauts « primaires » dans un cellulaire (dérégulation du cycle cellulaire , métabolisme défectueux de l' ADN ou de la chromatine , défaillance du point de contrôle du fuseau , etc.) engendrerait une défaillance de la division cellulaire, une augmentation de la ploïdie et une augmentation du nombre de centrosomes comme effet « secondaire ».
Évolution
L' histoire évolutive du centrosome et du centriole a été retracée pour certains des gènes de signature, par exemple les centrines . Les centrines participent à la signalisation calcique et sont nécessaires à la duplication des centrioles. Il existe deux sous-familles principales de centrines, toutes deux présentes chez l' eucaryote à ramification précoce Giardia intestinalis . Les centrines ont donc été présentes chez l'ancêtre commun des eucaryotes. Inversement, ils n'ont pas d' homologues reconnaissables chez les archées et les bactéries et font donc partie des "gènes de signature eucaryotes". Bien qu'il existe des études sur l'évolution des centrines et des centrioles, aucune étude n'a été publiée sur l'évolution du matériel péricentriolaire .
Il est évident que certaines parties du centrosome sont très divergentes chez les espèces modèles Drosophila melanogaster et Caenorhabditis elegans . Par exemple, les deux espèces ont perdu l'une des sous-familles des centrines qui sont généralement associées à la duplication des centrioles. Les mutants de Drosophila melanogaster dépourvus de centrosomes peuvent même se développer en mouches adultes morphologiquement normales, qui meurent ensuite peu de temps après la naissance parce que leurs neurones sensoriels manquent de cils . Ainsi, ces mouches ont développé une machinerie fonctionnellement redondante, indépendante des centrosomes.
Les nucléotides associés
Des recherches menées en 2006 ont indiqué que les centrosomes des œufs de mactre de l' Atlantique contiennent des séquences d'ARN . Les séquences identifiées ont été trouvées dans « peu ou pas » d'autres endroits de la cellule et n'apparaissent pas dans les bases de données génomiques existantes . Une séquence d'ARN identifiée contient une ARN polymérase putative , conduisant à l'hypothèse d'un génome à base d'ARN dans le centrosome. Cependant, des recherches ultérieures ont montré que les centrosomes ne contiennent pas leurs propres génomes basés sur l'ADN. Bien qu'il ait été confirmé que les molécules d'ARN s'associent aux centrosomes, les séquences ont toujours été trouvées dans le noyau. De plus, les centrosomes peuvent se former de novo après avoir été retirés (par exemple, par irradiation laser) des cellules normales.