中心体周期
Centrioles are nine triplets microtubules

中心体サイクルの図。[1]

中心体は、哺乳類細胞の主要な微小管形成中心(MTOC) です。 [2]中心体の制御に失敗すると、染色体の分離に誤りが生じ、異数性と関連しています。中心体は、中心小体と呼ばれる2つの直交する円筒形のタンパク質集合体で構成され、中心小体を取り囲むタンパク質が密集した非晶質の雲である中心小体周囲物質(PCM) で構成されています。[3] PCM は、微小管の核形成と組織化に不可欠です。[3]中心体サイクルは、細胞分裂後に娘細胞が中心体を受け取ることを保証するために重要です。細胞周期が進むにつれて、中心体は一連の形態的および機能的変化を受けます。有糸分裂までに2つの中心体を持つように、中心体サイクルは細胞周期の早い段階で開始されます。

中心体は細胞の微小管を組織化するため、有糸分裂紡錘体の形成、極性、ひいては細胞の形状、そして有糸分裂紡錘体に関わる他のすべてのプロセスに関与しています。[2]中心小体は中心体の内核であり、その構造は典型的には車輪のスポークに似ています。生物によって構造は多少異なりますが、全体的な構造は類似しています。一方、植物には一般的に中心小体は存在しません。[4]

中心体周期は、細胞周期に同期した4つの段階から構成されます。これらの段階には、G1期およびS期における中心体の複製、 G2期における中心体の成熟、有糸分裂期における中心体の分離、そして有糸分裂後期（G1期）における中心体の配向異常が含まれます。

中心小体合成

中心小体は、母細胞に存在する中心小体の複製によって新しい娘細胞に生成される。各娘細胞は、細胞分裂の結果、中心小体周囲物質に囲まれた2つの中心小体（1つは中心体）を受け継ぐ。しかし、2つの中心小体の年齢は異なる。これは、片方の中心小体は母細胞に由来し、もう片方は細胞周期中に母細胞の中心小体から複製されるためである。母細胞と娘細胞の中心小体は形状と機能が異なるため、2つの既存の中心小体を区別することができる。[5] 例えば、母細胞の中心小体は核形成と微小管の組織化ができるのに対し、娘細胞の中心小体は核形成のみしかできない。

まず、細胞がG1期からS期に移行すると、既存の中心小体の近くに前中心小体が形成され始めます。 [6] [7] [8]細胞周期のS期とG2期の間に、前中心小体は、古い母中心小体と娘中心小体の長さに達するまで伸長します。この時点で、娘中心小体は母中心小体の特徴を引き継ぎます。最大の長さに達すると、新しい中心小体とその母中心小体はディプロソームを形成します。ディプロソームは、直交する母中心小体と新しく形成された中心小体（現在は娘中心小体）によって形成される剛性の複合体であり、有糸分裂のプロセスに役立ちます。有糸分裂が起こると、母中心小体と娘中心小体の間の距離が広がり、後期と一致して、ディプロソームが分解され、各中心小体が独自の中心小体周囲物質に囲まれます。[6]

中心体複製

中心体複製の細胞周期制御

セントロソームは細胞周期ごとに一度だけ複製されることになっているため、高度に制御されています。[9]セントロソーム周期は、可逆的なリン酸化やタンパク質分解など、複数の因子によって制御されていることが分かっています。[2]また、セントロソーム周期は、高度な制御により細胞分裂の各段階で特定のプロセスを経ており、それがプロセスが非常に効率的である理由です。[9]

中心体複製は細胞周期制御因子によって強く制御されている。細胞周期と中心体周期のつながりは、サイクリン依存性キナーゼ2（Cdk2）によって仲介されている。Cdk2は細胞周期を制御することが知られているタンパク質キナーゼ（酵素）である。[10] Cdk2がS期の重要なイベントであるDNA複製と中心体複製の両方に必要であるという十分な証拠がある[11] [12] [13] [14]。また、Cdk2はサイクリンAとサイクリンEの両方と複合体を形成し、この複合体が中心体複製に重要であることも示されている[13] [15] [16] 。 [10]中心小体複製の制御に関与すると考えられる3つのCdk2基質、すなわちヌクレオフォスミン（NPM/B23）、CP110、およびMPS1が提案されている。 [3]ヌクレオフォスミンは複製されていない中心体にのみ存在し、Cdk2/サイクリンEによるリン酸化によってNPMが中心体から除去され、前中心体形成が開始される。 [17] [18] CP110は、有糸分裂期および間期のCdk/サイクリン複合体によってリン酸化される重要な中心体タンパク質であり、S期における中心体の複製に影響を及ぼすと考えられている。[19] MPS1は、紡錘体組み立てチェックポイントに必須のタンパク質キナーゼであり、[19]切断された母中心体と娘中心体の間のSAS6を核とする中間体を、前中心体が組み立てられる一対の車輪型タンパク質複合体にリモデリングする可能性があると考えられている。 [20]

中心体の成熟

中心体成熟は、中心体におけるγ-チューブリンリング複合体およびその他のPCMタンパク質の増加または蓄積として定義される。[2]このγ-チューブリンの増加は、成熟した中心体に微小管の核形成能力を高める。リン酸化は中心体成熟において重要な調節的役割を果たしており、ポロ様キナーゼ（Plks）およびオーロラキナーゼがこのリン酸化を担っていると考えられている。[21] PlkおよびオーロラAの下流標的のリン酸化は、γ-チューブリンおよび中心小体周囲にPCMを形成するその他のタンパク質のリクルートメントにつながる。[23]

中心体の分離

初期の有糸分裂では、いくつかのモータータンパク質が中心体の分離を駆動します。前期が始まると、モータータンパク質ダイニンが2つの中心体を引き離すのに必要な力の大部分を担います。この分離は実際にはG2/M期移行時に起こり、2つの段階を経て進行します。第1段階では、2つの親細胞の中心小体間の結合が破壊されます。第2段階では、微小管モータータンパク質を介して中心体が分離されます。[2]

中心体の混乱

中心体の方向感覚の喪失とは、母細胞と娘細胞の中心小体間の直交性が失われることを指します。[2]方向感覚の喪失が起こると、成熟した中心小体は分裂溝に向かって動き始めます。この動きは、細胞分裂の終末期である離解における重要なステップであると考えられています。[21]

中心体の縮小

中心体の減少は、有糸分裂後および分化過程において中心体構成物質が徐々に失われることである[22]。周期細胞では、有糸分裂後、中心体はその中心体周囲物質（PCM）の大部分と微小管核形成能を失っている。精子では、PCMと微小管核形成能の喪失に加えて、中心小体の構造も変化する。 [23]

中心体周期の調節不全

中心体サイクルの不適切な進行は、中心体の数の不正確さや異数性につながり、最終的には癌につながる可能性があります。腫瘍の進行における中心体の役割は不明です。p53 、BRCA1、Mdm2、Aurora-A、survivinなどの遺伝子の誤った発現は、細胞内の中心体量の増加を引き起こします。しかし、これらの遺伝子が中心体にどのような影響を与えるか、また中心体の増加が腫瘍の進行にどのように影響するかは十分に解明されていません。[24]

中心体周期と疾患

中心体の異常は細胞に有害な影響を与え、細胞を宿主とする生物に疾患を引き起こす可能性があります。がんは精力的に研究されている疾患であり、細胞の中心体との関連が明らかになっています。[2]小人症、小頭症、繊毛症も、最近、中心体タンパク質と遺伝学的に関連することが示唆されています。[25]

セントロソームは、腫瘍抑制タンパク質とがん遺伝子を含んでいることから、がんと関連していると考えられています。これらのタンパク質は、様々な腫瘍細胞の中心体に有害な変化を引き起こすことが分かっています。[26]セントロソームの変化には、構造的変化と機能的変化の2つの主要なカテゴリーがあります。構造的変化は、形状、サイズ、数、位置、または組成の変化につながる可能性があります。一方、機能的変化は、微小管や有糸分裂紡錘体に問題を引き起こし、細胞分裂に悪影響を及ぼす可能性があります。[26]研究者たちは、異常なセントロソームタンパク質を標的とすることで、がんの治療または予防が可能になることを期待しています。[26]

参考文献

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