Centríolos: funções e características - Ciência - 2023

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o centríolossão estruturas celulares cilíndricas compostas por aglomerados de microtúbulos. Eles são compostos da proteína tubulina, que é encontrada na maioria das células eucarióticas.

Um par associado de centríolos, rodeado por uma massa informe de material denso chamado material pericentriolar (PCM), compõe uma estrutura chamada centrossoma.

A função dos centríolos é dirigir a montagem dos microtúbulos, participando da organização celular (posição do núcleo e arranjo espacial da célula), formação e função dos flagelos e cílios (ciliogênese) e divisão celular (mitose e meiose).

Centríolos são encontrados em estruturas celulares conhecidas como centrossomas em células animais e estão ausentes em células vegetais.

Defeitos na estrutura ou número de centríolos em cada célula podem ter consequências consideráveis para a fisiologia de um organismo, produzindo alterações na resposta ao estresse durante a inflamação, infertilidade masculina, doenças neurodegenerativas e formação de tumor, entre outras.

Um centríolo é uma estrutura cilíndrica. Um par de centríolos associados, rodeados por uma massa informe de material denso (chamado "material pericentriolar" ou PCM), formam uma estrutura composta chamada "centrossoma".

Eles eram considerados sem importância até poucos anos atrás, quando se concluiu que eram as principais organelas na condução da divisão e duplicação celular (mitose) em células eucarióticas (principalmente em humanos e outros animais).

A célula

O último ancestral comum de toda a vida na Terra foi uma única célula e o último ancestral comum de todos os eucariotos foi uma célula ciliada com centríolos.

Cada organismo é composto por um grupo de células em interação. Os organismos contêm órgãos, os órgãos são feitos de tecidos, os tecidos são feitos de células e as células são feitas de moléculas.

Todas as células usam os mesmos "blocos de construção" moleculares, métodos semelhantes para armazenamento, manutenção e expressão de informações genéticas e processos semelhantes de metabolismo energético, transporte molecular, sinalização, desenvolvimento e estrutura.

Microtúbulos

Nos primeiros dias da microscopia eletrônica, os biólogos celulares observaram longos túbulos no citoplasma que eles chamaram de microtúbulos.

Microtúbulos morfologicamente semelhantes foram observados formando as fibras do fuso mitótico, como componentes dos axônios dos neurônios e como elementos estruturais nos cílios e flagelos.

O exame cuidadoso dos microtúbulos individuais indicou que eles eram todos compostos por 13 unidades longitudinais (agora chamadas de protofilamentos) compostas por uma proteína principal (composta por uma subunidade α-tubulina e β-tubulina intimamente relacionada) e várias proteínas associadas a microtúbulos (MAPs).

Além de suas funções em outras células, os microtúbulos são essenciais no crescimento, morfologia, migração e polaridade do neurônio, bem como para o desenvolvimento, manutenção e sobrevivência e de um sistema nervoso eficiente .

A importância de uma interação delicada entre os componentes do citoesqueleto (microtúbulos, filamentos de actina, filamentos intermediários e septinas) se reflete em vários distúrbios neurodegenerativos humanos relacionados à dinâmica anormal de microtúbulos, incluindo doença de Parkinson e doença de Alzheimer.

Cilia e flagelos

Cílios e flagelos são organelos encontrados na superfície da maioria das células eucarióticas. Eles são constituídos principalmente por microtúbulos e membrana.

A motilidade dos espermatozoides se deve aos elementos móveis do citoesqueleto presentes em sua cauda, chamados axonemas. A estrutura dos axonemas consiste em 9 grupos de 2 microtúbulos cada, motores moleculares (dineínas) e suas estruturas regulatórias.

Os centríolos desempenham um papel central na ciliogênese e na progressão do ciclo celular. A maturação do centríolo produz uma mudança na função, levando da divisão celular à formação do cílio.

Defeitos na estrutura ou função do axonema ou cílios causam distúrbios múltiplos em humanos chamados ciliopatias. Essas doenças afetam vários tecidos, incluindo olhos, rins, cérebro, pulmões e mobilidade do esperma (o que geralmente leva à infertilidade masculina).

O centríolo

Nove trigêmeos de microtúbulos dispostos em torno de uma circunferência (formando um pequeno cilindro oco) são os "blocos de construção" e a estrutura principal de um centríolo.

Por muitos anos, a estrutura e a função dos centríolos foram ignoradas, apesar do fato de que na década de 1880 o centrossoma havia sido visualizado por microscopia de luz.

Theodor Boveri publicou um trabalho seminal em 1888, descrevendo a origem do centrossoma do espermatozóide após a fertilização. Em sua breve comunicação de 1887, Boveri escreveu que:

“O centrossoma representa o centro dinâmico da célula; Sua divisão cria os centros das células-filhas formadas, em torno das quais todos os outros componentes celulares são organizados simetricamente ... O centrossoma é o verdadeiro órgão de divisão da célula, ele medeia a divisão nuclear e celular ”(Scheer, 2014: 1) . [Tradução do autor].

Pouco depois de meados do século 20, com o desenvolvimento da microscopia eletrônica, o comportamento dos centríolos foi estudado e explicado por Paul Schafer.

Infelizmente, esse trabalho foi ignorado em grande parte porque os pesquisadores estavam começando a se concentrar nas descobertas de Watson e Krick sobre o DNA.

O centrossoma

Um par de centríolos, localizados adjacentes ao núcleo e perpendiculares entre si, são "um centrossoma". Um dos centríolos é conhecido como "pai" (ou mãe). O outro é conhecido como "filho" (ou filha; é um pouco mais baixo e tem sua base presa à base da mãe).

As extremidades proximais (na conexão dos dois centríolos) estão submersas em uma "nuvem" de proteínas (talvez até 300 ou mais) conhecida como o centro organizador de microtúbulos (MTOC), pois fornece a proteína necessária para a construção microtúbulos.

O MTOC também é conhecido como "material pericentriolar" e tem carga negativa. Por outro lado, as extremidades distais (longe da conexão dos dois centríolos) são carregadas positivamente.

O par de centríolos, junto com o MTOC circundante, são conhecidos como "centrossoma".

Duplicação centrossômica

Quando os centríolos começam a se duplicar, o pai e o filho separam-se ligeiramente e então cada centríolo começa a formar um novo centríolo em sua base: o pai com um novo filho e o filho com um novo filho (um “neto”). .

Enquanto ocorre a duplicação do centríolo, o DNA no núcleo também está se duplicando e se separando. Ou seja, a pesquisa atual mostra que a duplicação do centríolo e a separação do DNA estão de alguma forma ligadas.

Duplicação e divisão celular (mitose)

O processo mitótico é frequentemente descrito em termos de uma fase iniciadora, conhecida como "interface", seguida por quatro fases de desenvolvimento.

Durante a interfase, os centríolos se duplicam e se separam em dois pares (um desses pares começa a se mover em direção ao lado oposto do núcleo) e o DNA se divide.

Após a duplicação dos centríolos, os microtúbulos dos centríolos se estendem e se alinham ao longo do eixo maior do núcleo, formando o "fuso mitótico".

Na primeira das quatro fases de desenvolvimento (Fase I ou "Prófase"), os cromossomos se condensam e se aproximam, e a membrana nuclear começa a enfraquecer e se dissolver. Ao mesmo tempo, o fuso mitótico é formado com os pares de centríolos agora localizados nas extremidades do fuso.

Na segunda fase (Fase II ou “Metáfase”), as cadeias dos cromossomos são alinhadas com o eixo do fuso mitótico.

Na terceira fase (Fase III ou "Anáfase"), as cadeias cromossômicas se dividem e se movem para extremidades opostas do fuso mitótico, agora alongado.

Finalmente, na quarta fase (Fase IV ou “Telófase”), novas membranas nucleares são formadas em torno dos cromossomos separados, o fuso mitótico se desfaz e a separação celular começa a ser completada com metade do citoplasma que acompanha cada novo núcleo.

Em cada extremidade do fuso mitótico, os pares de centríolos exercem uma influência importante (aparentemente relacionada às forças exercidas pelos campos eletromagnéticos gerados pelas cargas negativas e positivas em suas extremidades proximal e distal) durante todo o processo de divisão celular.

O Centrossoma e a Resposta Imune

A exposição ao estresse influencia a função, a qualidade e a duração da vida de um organismo. O estresse gerado, por exemplo, por uma infecção, pode levar à inflamação dos tecidos infectados, ativando a resposta imunológica do organismo. Essa resposta protege o organismo afetado, eliminando o patógeno.

Muitos aspectos da funcionalidade do sistema imunológico são bem conhecidos. No entanto, os eventos moleculares, estruturais e fisiológicos nos quais o centrossoma está envolvido permanecem um enigma.

Estudos recentes descobriram mudanças dinâmicas inesperadas na estrutura, localização e função do centrossoma sob diferentes condições relacionadas ao estresse. Por exemplo, após mimetizar as condições de uma infecção, um aumento na PCM e na produção de microtúbulos foi encontrado nas células em interfase.

Centrossomas na sinapse imunológica

O centrossoma desempenha um papel muito importante na estrutura e função da sinapse imunológica (SI). Esta estrutura é formada por interações especializadas entre uma célula T e uma célula apresentadora de antígeno (APC). Essa interação célula-célula inicia a migração do centrossoma em direção ao SI e seu subsequente acoplamento à membrana plasmática.

O acoplamento do centrossomo no SI é semelhante ao observado durante a ciliogênese.Porém, neste caso, não inicia a montagem dos cílios, mas participa da organização do SI e da secreção de vesículas citotóxicas para lisar as células-alvo, tornando-se um órgão-chave na ativação das células T.

O Centrossoma e o Estresse Calor

O centrossoma é o alvo das "chaperonas moleculares" (conjunto de proteínas cuja função é auxiliar no enrolamento, montagem e transporte celular de outras proteínas) que fornecem proteção contra a exposição ao choque térmico e ao estresse.

Os estressores que afetam o centrossoma incluem danos ao DNA e calor (como o sofrido pelas células de pacientes febris). O dano ao DNA inicia as vias de reparo do DNA, que podem afetar a função do centrossoma e a composição da proteína.

O estresse gerado pelo calor provoca a modificação da estrutura do centríolo, o rompimento do centrossoma e a completa inativação de sua capacidade de formar microtúbulos, alterando a formação do fuso mitótico e evitando a mitose.

A interrupção da função dos centrossomas durante a febre pode ser uma reação adaptativa para inativar os pólos do fuso e evitar a divisão anormal do DNA durante a mitose, especialmente devido à disfunção potencial de várias proteínas após a desnaturação induzida pelo calor.

Além disso, pode dar à célula tempo extra para recuperar seu pool de proteínas funcionais antes de reiniciar a divisão celular.

Outra consequência da inativação do centrossoma durante a febre é sua incapacidade de se transferir para o SI para organizá-lo e participar da secreção de vesículas citotóxicas.

Desenvolvimento anormal dos centríolos

O desenvolvimento do centríolo é um processo bastante complexo e, embora nele participe uma série de proteínas regulatórias, podem ocorrer diferentes tipos de falhas.

Se houver um desequilíbrio na proporção de proteínas, o centríolo filho pode estar defeituoso, sua geometria pode ser distorcida, os eixos de um par podem se desviar da perpendicularidade, vários centríolos filhos podem se desenvolver, o centríolo filho pode atingir o comprimento total antes tempo, ou o desacoplamento dos pares pode ser atrasado.

Quando há uma duplicação errada ou errada de centríolos (com defeitos geométricos e / ou duplicação múltipla), a replicação do DNA é alterada, ocorre instabilidade cromossômica (CIN).

Da mesma forma, os defeitos do centrossoma (por exemplo, um centrossoma aumentado ou aumentado) levam à NIC e promovem o desenvolvimento de múltiplos centríolos filhos.

Esses erros de desenvolvimento geram danos às células que podem até levar a doenças malignas.

Centríolos anormais e células malignas

Graças à intervenção de proteínas reguladoras, quando são detectadas anormalidades no desenvolvimento dos centríolos e / ou centrossoma, as células podem implementar a autocorreção das anormalidades.

No entanto, se a autocorreção da anomalia não for alcançada, centríolos anormais ou com vários filhos (“centríolos supranumerários”) podem levar à geração de tumores (“tumorigênese”) ou morte celular.

Centríolos supranumerários tendem a coalescer, levando ao agrupamento do centrossoma (“amplificação do centrossoma”, característica das células cancerosas), alterando a polaridade celular e o desenvolvimento normal da mitose, resultando no aparecimento de tumores.

As células com centríolos supranumerários são caracterizadas por excesso de material pericentriolar, interrupção da estrutura cilíndrica ou comprimento excessivo dos centríolos e centríolos que não são perpendiculares ou mal posicionados.

Foi sugerido que os aglomerados de centríolos ou centrossomas em células cancerosas poderiam servir como um "biomarcador" no uso de agentes terapêuticos e de imagem, como nanopartículas super-paramagnéticas.

Referências

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