دورة الجسيم المركزي

الجسيمات المركزية هي مراكز تنظيم الأنيبيبات الدقيقة الرئيسية في خلايا الثدييات. ^{[ 2 ]} قد يؤدي فشل تنظيم الجسيمات المركزية إلى أخطاء في انفصال الكروموسومات ويرتبط باختلال الصيغة الصبغية . يتكون الجسيم المركزي من مجموعتين بروتينيتين أسطوانيتين متعامدتين، تُسميان المريكزات ، محاطتين بسحابة بروتينية كثيفة غير متبلورة من المادة المحيطة بالجسيم المركزي. ^{[ 3 ]} تُعد المادة المحيطة بالجسيم المركزي ضرورية لتكوين الأنيبيبات الدقيقة وتنظيمها. ^{[ 3 ]} دورة الجسيم المركزي مهمة لضمان حصول الخلايا الوليدة على جسيم مركزي بعد انقسام الخلية . مع تقدم دورة الخلية ، يخضع الجسيم المركزي لسلسلة من التغيرات المورفولوجية والوظيفية. تبدأ دورة الجسيم المركزي مبكرًا في دورة الخلية لضمان وجود جسيمين مركزيين عند حدوث الانقسام المتساوي .

بما أن الجسيم المركزي يُنظّم الأنيبيبات الدقيقة في الخلية، فإنه يرتبط بتكوين المغزل الانقسامي، واستقطاب الخلية، وبالتالي شكلها، بالإضافة إلى جميع العمليات الأخرى المتعلقة بالمغزل الانقسامي. ^{[ 2 ]} المريكز هو النواة الداخلية للجسيم المركزي، ويكون شكله عادةً أشبه بأشعة العجلة. يختلف شكله قليلاً بين الكائنات الحية المختلفة، لكن بنيته العامة متشابهة. أما النباتات، فلا تحتوي عادةً على مريكزات. ^{[ 4 ]}

تتكون دورة الجسيم المركزي من أربع مراحل متزامنة مع دورة الخلية. وتشمل هذه المراحل: تضاعف الجسيم المركزي خلال المرحلة G1 والمرحلة S ، ونضج الجسيم المركزي في المرحلة G2 ، وانفصال الجسيم المركزي في المرحلة الانقسامية ، واضطراب اتجاه الجسيم المركزي في المرحلة الانقسامية المتأخرة - المرحلة G1.

تتولد السنتريولات في الخلايا البنت الجديدة من خلال تضاعف السنتريولات الموجودة مسبقًا في الخلايا الأم. ترث كل خلية بنت سنتريولين (جسيم مركزي واحد) محاطين بمادة محيطة بالسنتريول نتيجةً لانقسام الخلية. مع ذلك، يختلف عمر السنتريولين، إذ ينشأ أحدهما من الخلية الأم بينما يتضاعف الآخر منها خلال دورة الخلية. يمكن التمييز بين السنتريولين الموجودين مسبقًا لاختلاف السنتريول الأم عن السنتريول البنت في الشكل والوظيفة. ^{[ 5 ]} على سبيل المثال، يستطيع السنتريول الأم تكوين نواة الأنيبيبات الدقيقة وتنظيمها، بينما يقتصر دور السنتريول البنت على تكوين النواة فقط.

أولًا، تبدأ الجسيمات الأولية بالتشكل بالقرب من كل جسيم مركزي موجود مسبقًا مع انتقال الخلية من طور G1 إلى طور S. ^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]} خلال طوري S وG2 من دورة الخلية، تستطيل الجسيمات الأولية حتى تصل إلى طول الجسيمات المركزية الأم والبنوة الأقدم. عند هذه النقطة، يكتسب الجسيم المركزي البنتي خصائص الجسيم المركزي الأم. بمجرد وصولهما إلى الطول الكامل، يشكل الجسيم المركزي الجديد مع الجسيم المركزي الأم ما يُعرف بالجسيم الثنائي . الجسيم الثنائي هو مُركب صلب يتكون من جسيم مركزي أم وجسيم مركزي حديث التكوين (أصبح الآن جسيمًا مركزيًا بنتيًا) يُساعد في عمليات الانقسام المتساوي. مع حدوث الانقسام المتساوي، تزداد المسافة بين الجسيم المركزي الأم والجسيم المركزي البنتي حتى، بالتزامن مع طور الانفصال ، يتفكك الجسيم الثنائي ويُحاط كل جسيم مركزي بمادته المحيطة بالجسيم المركزي. ^{[ 6 ]}

تنظيم دورة الخلية لتضاعف الجسيم المركزي

من المفترض أن تتضاعف الجسيمات المركزية مرة واحدة فقط في كل دورة خلوية، ولذلك فهي تخضع لتنظيم دقيق. ^{[ 9 ]} وقد وُجد أن دورة الجسيم المركزي تُنظَّم بواسطة عوامل متعددة، بما في ذلك الفسفرة العكسية والتحلل البروتيني . ^{[ 2 ]} كما أنها تخضع لعمليات محددة في كل خطوة من خطوات انقسام الخلية نظرًا لهذا التنظيم الدقيق، وهو ما يفسر كفاءة هذه العملية. ^{[ 9 ]}

يخضع تضاعف الجسيم المركزي لتنظيم دقيق من خلال آليات التحكم في دورة الخلية. وتتوسط كينازات السيكلين المعتمدة 2 (Cdk2) هذه الصلة بين دورة الخلية ودورة الجسيم المركزي. Cdk2 هو كيناز بروتيني (إنزيم) معروف بتنظيم دورة الخلية. ^{[ 10 ]} وقد توفرت أدلة وفيرة ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]} على أن Cdk2 ضروري لكل من تضاعف الحمض النووي وتضاعف الجسيم المركزي، وهما حدثان رئيسيان في طور S. كما ثبت ^{[ 13 ] [ 15 ] [ 16 ]} أن Cdk2 يشكل معقدات مع كل من السيكلين A والسيكلين E ، وأن هذا المعقد ضروري لتضاعف الجسيم المركزي. ^{[ 10 ]} وقد اقتُرحت ثلاثة ركائز لـ Cdk2 مسؤولة عن تنظيم تضاعف السنترول: النيوكليوفوسمين (NPM/B23)، و CP110 ، وMPS1. ^{[ 3 ]} يوجد النيوكليوفوسمين فقط في الجسيمات المركزية غير المتضاعفة، ويؤدي فسفرته بواسطة Cdk2/cyclin E إلى إزالة NPM من الجسيمات المركزية، مما يبدأ تكوين البروسنتريول. ^{[ 17 ] [ 18 ]} يُعد CP110 بروتينًا مهمًا في الجسيم المركزي، ويتم فسفرته بواسطة كل من معقدات Cdk/cyclin في الطور الانقسامي والطور البيني، ويُعتقد أنه يؤثر على تضاعف الجسيم المركزي في طور S. [19] يُعد MPS1 كيناز بروتين أساسيًا لنقطة تفتيش تجميع المغزل، ^{[ 19 ]} ويُعتقد أنه قد يُعيد تشكيل وسيط SAS6 بين السنتريولات الأم والبنوة المقطوعة إلى زوج من معقدات البروتين ذات شكل العجلة التي تتجمع عليها البروسنتريولات. ^{[ 20 ]}

يُعرَّف نضج الجسيم المركزي بأنه زيادة أو تراكم معقدات حلقة غاما-توبولين وبروتينات أخرى من مادة الجسيم المركزي (PCM) في الجسيم المركزي. ^{[ 2 ]} تُعطي هذه الزيادة في غاما-توبولين الجسيم المركزي الناضج قدرة أكبر على تكوين الأنيبيبات الدقيقة. يلعب الفسفرة دورًا تنظيميًا رئيسيًا في نضج الجسيم المركزي، ويُعتقد أن كينازات بولو (Plks) وكينازات أورورا مسؤولة عن هذه الفسفرة. [21] تؤدي فسفرة الأهداف النهائية لكينازات بولو وأورورا إلى استقطاب غاما-توبولين وبروتينات أخرى تُشكِّل مادة الجسيم المركزي حول المريكزات. [23]

في المراحل المبكرة من الانقسام المتساوي، تعمل عدة بروتينات حركية على فصل الجسيمات المركزية. مع بداية الطور التمهيدي ، يوفر بروتين الداينين ​​الحركي معظم القوة اللازمة لفصل الجسيمين المركزيين. يحدث الفصل فعليًا عند الانتقال من طور G2 إلى طور M، ويتم على مرحلتين. في المرحلة الأولى، يتم قطع الاتصال بين الجسيمين المركزيين الأصليين. في المرحلة الثانية، يتم فصل الجسيمين المركزيين بواسطة بروتينات حركية على الأنابيب الدقيقة. ^{[ 2 ]}

يشير اضطراب توجيه الجسيم المركزي إلى فقدان التعامد بين الجسيم المركزي الأم والجسيم المركزي البنت. ^{[ 2 ]} بمجرد حدوث هذا الاضطراب، يبدأ الجسيم المركزي الناضج بالتحرك نحو أخدود الانقسام. وقد اقتُرح أن هذه الحركة خطوة أساسية في الانفصال ، وهي المرحلة النهائية من انقسام الخلية. ^{[ 21 ]}

يُعرف اختزال الجسيم المركزي بأنه الفقدان التدريجي لمكونات الجسيم المركزي الذي يحدث بعد الانقسام المتساوي وأثناء التمايز ^{[ 22 ].} في الخلايا المنقسمة، يفقد الجسيم المركزي بعد الانقسام المتساوي معظم مادته المحيطة بالجسيم المركزي (PCM) وقدرته على تكوين الأنيبيبات الدقيقة. في الحيوانات المنوية ، يتغير تركيب الجسيم المركزي أيضًا بالإضافة إلى فقدان المادة المحيطة بالجسيم المركزي وقدرته على تكوين الأنيبيبات الدقيقة ^{[ 23 ] .}

قد يؤدي الخلل في دورة تكوين الجسيم المركزي إلى زيادة غير طبيعية في عدد الجسيمات المركزية واختلال الصيغة الصبغية، مما قد يُفضي في النهاية إلى السرطان. ولا يزال دور الجسيمات المركزية في تطور الأورام غير واضح. ويؤدي التعبير غير الطبيعي لجينات مثل p53 و BRCA1 و Mdm2 وAurora-A و survivin إلى زيادة عدد الجسيمات المركزية في الخلية. ومع ذلك، لا يزال من غير المفهوم تمامًا كيف تؤثر هذه الجينات على الجسيم المركزي، أو كيف تؤثر زيادة عدد الجسيمات المركزية على تطور الأورام. ^{[ 24 ]}

قد تُسبب مشاكل الجسيم المركزي آثارًا ضارة على الخلية، مما قد يؤدي إلى أمراض في الكائنات الحية التي تحتوي على هذه الخلايا. يُعد السرطان مرضًا خضع لدراسات مكثفة، وقد وُجدت له علاقة بالجسيم المركزي للخلية. ^{[ 2 ]} كما رُبطت حالات التقزم وصغر الرأس واعتلالات الأهداب وراثيًا ببروتينات الجسيم المركزي مؤخرًا. ^{[ 25 ]}

يُعتقد أن الجسيمات المركزية مرتبطة بالسرطان لاحتوائها على بروتينات كابحة للأورام وجينات ورمية. وقد وُجد أن هذه البروتينات تُسبب تغيرات ضارة في الجسيم المركزي لخلايا سرطانية مختلفة. ^{[ 26 ]} تُصنف تغيرات الجسيم المركزي إلى فئتين رئيسيتين: بنيوية ووظيفية. قد تؤدي التغيرات البنيوية إلى اختلافات في الشكل أو الحجم أو العدد أو الموقع أو التركيب، بينما قد تُسبب التغيرات الوظيفية مشاكل في الأنيبيبات الدقيقة والمغزل الانقسامي، مما يُعيق انقسام الخلية. ^{[ 26 ]} يأمل الباحثون أن يكون استهداف بروتينات الجسيم المركزي المُسببة للسرطان علاجًا مُحتملًا أو وسيلة للوقاية منه. ^{[ 26 ]}