เซนทริโอล

ในชีววิทยาเซลล์ เซนทริโอล (อังกฤษ: centriole) เป็นออร์แกเนลล์ทรงกระบอกที่มีองค์ประกอบหลักเป็นโปรตีนที่เรียกว่าทูบิวลิน พบในเซลล์ยูแคริโอตส่วนใหญ่ คู่ของเซนทริโอลที่อยู่ติดกันประกอบขึ้นเป็นโครงสร้างที่เรียกว่าเซนโทรโซม และถูกล้อมรอบด้วยมวลสารกระจุกตัวที่มีระเบียบสูง เรียกว่าเพอริเซนทริโอลาร์เมทีเรียล (pericentriolar material) ทั้งเซนทริโอลและเพอริเซนทริโอลาร์เมทีเรียลประกอบกันเป็นเซนโทรโซม (centrosome)

ชีววิทยาเซลล์
เซนโตรโซม
องค์ประกอบของเซนโทรโซมโดยทั่วหไป: เซนทริโอล เซนทริโอลแม่ เซนทริโอลลูก ปลายด้านไกล ดิสทัลแอพเพนเดจ ซับดิสทัลแอพเพนเดจ ปลายด้านใกล้ ไมโครทิวบูลที่เรียงกันชุดละสามท่อ เส้นใยเชื่อมระหว่างเซนทริโอล ไมโครทิวบูล เพอริเซนทริโอลาร์เมทีเรียล

ภาคตัดขวางเซนทริโอลแสดงการจัดเรียงไมโครทิวบูลแบบชุดสาม

ยูแคริโอตบางชนิดอาจไม่พบเซนทริโอล เช่น พืชตระกูลสน (pinophyta), พืชดอก (angiosperms), และเห็ดราส่วนใหญ่ ในพืชพบเพียงกลุ่มแคโรไฟต์ ไบรโอไฟต์ พืชมีท่อลำเลียงที่ไร้เมล็ด ปรง และแปะก๊วย

โดยปกติเซนทริโอลประกอบขึ้นจากไมโครทิวบูลสั้น ๆ สามท่อติดกัน (triplet) จำนวนเก้าชุด จัดเรียงเป็นทรงกระบอก บางสิ่งมีชีวิตอาจมีการเบี่ยงเบนไปจากนี้ เช่น ปูและเอ็มบริโอของ Drosophila melanogaster ที่มีท่อแบบคู่ (doublet) เก้าชุด และสเปิร์มกับเอ็มบริโอระยะแรก ๆ ของ Caenorhabditis elegans ที่มีท่อเดี่ยว (singlet) จำนวนเก้าท่อ นอกจากนี้ยังพบโปรตีนเช่นเซนทริน ซีเนกซิน และเทกทิน

หน้าที่หลักของเซนทริโอลคือสร้างซิเลียในระยะอินเทอร์เฟส สร้างแอสเทอร์และสปินเดิลระหว่างการแบ่งเซลล์

Centrioles from common shore crab hepatopancreas

ประวัติ

Edouard Van Beneden เป็นผู้สังเกตพบเซนโทรโซม (ซึ่งประกอบด้วยเซนทริโอลสองอันตั้งฉากกัน) เป็นคนแรกในปี ค.ศ. 1883 ซึ่งต่อมาในปี ค.ศ. 1895 Theodor Boveri ตั้งชื่อออร์แกเนลล์ดังกล่าวว่า "centrosome" สำหรับรูปแบบการจำลองตัวเองของเซนทริโอลถูกค้นพบโดย Étienne de Harven และ Joseph G. Gall เมื่อประมาณปี ค.ศ. 1950 โดยทั้งสองต่างคนต่างค้นพบ

บทบาทในการแบ่งเซลล์

 

ภาพแสดงเซนทริโอลแม่และเซนทริโอลลูกเชื่อมติดกันแบบตั้งฉาก

เซนทริโอลมีส่วนเกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบไมโทติกสปินเดิลและขั้นตอนสุดท้ายของการแบ่งเซลล์ ก่อนหน้านี้เคยเชื่อกันว่าเซนทริโอลเป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการก่อตัวของไมโทติกสปินเดิลในสัตว์ อย่างไรก็ตาม มีการทดลองในช่วงหลังที่แสดงให้เห็นว่าเซลล์ทีถูกนำเซนทริโอลออกด้วยการฉายแสงเลเซอร์จะยังสามารถดำเนินผ่านระยะ G₁ ของอินเทอร์เฟสไปได้ ก่อนที่เซนทริโอลจะถูกสังเคราะห์ขึ้นมาทดแทน นอกเหนือไปจากนี้ ในหนอนตัวอ่อนของแมลงวันกลายพันธุ์ที่ไม่มีเซนทริโอลก็ยังสามารถเจริญเติบโตได้เป็นปกติจนถึงระยะดักแด้ ถึงแม้ว่าตัวเต็มวัยซึ่งขาดแฟลเจลลาและซิเลียจะตายหลังจากฟักออกมาไม่นานก็ตาม เซนทริโอลยังสามารถจำลองตัวเองได้ระหว่างกระบวนการแบ่งเซลล์

การจัดระเบียบภายในเซลล์

เซนทริโอลเป็นส่วนประกอบสำคัญของเซนโทรโซม ซึ่งมีส่วนเกี่ยวข้องกับการจัดระเบียบไมโครทิวบูลในไซโทพลาซึม โดยตำแหน่งของเซนทริโอลจะเป็นตัวกำหนดตำแหน่งของนิวเคลียส และยังมีบทบาทสำคัญในการจัดเรียงพื้นที่ภายในเซลล์

 

ภาพสามมิติของเซนทริโอล

บทบาทในการสืบพันธุ์

เซนทริโอลของสเปิร์มมีหน้าที่สำคัญสองประการ ได้แก่ (1) สร้างแฟลเจลลัม อันทำให้เกิดการเคลื่อนที่ของสเปิร์ม และ (2) ช่วยในการพัฒนาของเอมบริโอหลังจากการปฏิสนธิ โดยสเปิร์มเป็นตัวให้เซนทริโอลที่จะสร้างเซนโทรโซมและระบบไมโครทิวบูลของไซโกต

การสร้างซิเลีย

ในแฟลเจลเลตและซิลิเอต ตำแหน่งของแฟลเจลลาและซิเลียถูกกำหนดโดยเซนทริโอลแม่ ที่ต่อมาจะกลายเป็นเบซัลบอดี การที่เซลล์หนึ่งไม่สามารถใช้เซนทริโอลเพื่อสร้างแฟลเจลลาและซิเลียที่สามารถทำงานได้ มีความเชื่อมโยงกับโรคทางพันธุกรรมและทางพัฒนาการจำนวนหนึ่ง โดยเฉพาะอย่างยิ่ง การที่เซนทริโอลไม่สามารถเคลื่อนย้ายได้อย่างปกติก่อนการประกอบซิเลียมีความเชื่อมโยงกับกลุ่มอาการเมคเคล-กรูเบอร์

การเจริญเติบโตของสัตว์

 

ภาพจากกล้องจุลทรรศน์อิเล็กตรอน แสดงเซนทริโอลในตัวอ่อนหนู

การเรียงตัวที่เหมาะสมของซิเลียผ่านเซนทริโอลที่วางตัวเข้าหาด้านท้าย (posterior) ของเซลล์โหนด (node cell) ในเอ็มบริโอ เป็นสิ่งจำเป็นอย่างยิ่งสำหรับการสร้างสมมาตรซ้าย-ขวาของการเจริญในสัตว์เลี้ยงลูกด้วยน้ำนม

การจำลองเซนทริโอล

ก่อนการจำลองดีเอ็นเอ เซลล์ยังคงมีเซนทริโอลสองอัน อันที่สร้างก่อนเรียกว่าเซนทริโอลแม่ (mother centriole) และอันที่สร้างขึ้นภายหลังเรียกว่าเซนทริโอลลูก (daughter centriole) ระหว่างกระบวนการแบ่งเซลล์ เซนทริโอลใหม่จะเกิดขึ้นที่ปลายด้านใกล์ของทั้งเซนทริโอลแม่และเซนทริโอลลูก หลังจากผ่านกระบวนการจำลองแล้ว เซนทริโอลที่เกิดขึ้นใหม่สองอัน (ซึ่งขณะนี้เป็นเซนทริโอลลูกของเซนทริโอลสองอันก่อนหน้า) จะยังคงติดกันในลักษณะตั้งฉากจนถึงช่วงไมโทซิส ซึ่งที่ระยะนี้เซนทริโอลลูกและเซนทริโอลแม่จะถูกแยกออกจากกันด้วยเอนไซม์เซพาเรส (separase)

เซนทริโอลทั้งสองในเซนโทรโซมจะถูกผูกติดเข้าด้วยกัน เซนทริโอลแม่จะแผ่รยางค์ที่ปลายด้านไกลของแกนตามยาว และแนบติดกับเซนทริโอลลูกที่ปลายด้านใกล้ เซลล์ลูกที่เกิดขึ้นหลังจากกระบวนการแบ่งเซลล์จะได้รับเซนทริโอลหนึ่งคู่ เซนทริโอลเริ่มจำลองตัวเองเมื่อมีการจำลองดีเอ็นเอ

ต้นกำเนิด

บรรพบุรุษร่วมสุดท้ายของยูแคริโอตทุกชนิดคือเซลล์ที่มีซิเลียและเซนทริโอล บางเชื้อสายของยูแคริโอต เช่น พืชบก ไม่มีเซนทริโอล ยกเว้นในเซลล์สืบพันธุ์เพศผู้ซึ่งเคลื่อนที่ได้ ในทุก ๆ เซลล์ของพืชตระกูลสนและพืชดอกปราศจากเซนทริโอลอย่างสิ้นเชิง อีกทั้งไม่มีเซลล์สืบพันธุ์ที่มีซิเลียหรือแฟลเจลลา กระนั้นก็ยังไม่เป็นที่แน่ชัดว่าบรรพบุรุษร่วมดังกล่าวมีซิเลียหนึ่งหรือสองเส้น ยีนที่สำคัญเช่นเซนทรินส์ (centrins) อันจำเป็นสำหรับการเจริญของเซนทริโอล พบเฉพาะในยูแคริโอต ไม่พบในแบคทีเรียหรืออาร์เคีย

ศัพทมูลวิทยาและการสะกด

คำว่า centriole (/ˈsɛntrioʊl/) ประกอบขึ้นจากหน่วยคำ centri- และ -ole ให้ความหมายว่า "ชิ้นส่วนตรงกลางขนาดเล็ก" ซึ่งอธิบายถึงตำแหน่งตามปกติของเซนทริโอลใกล้ใจกลางเซลล์

เซนทริโอลนอกแบบแผน

เซนทริโอลที่พบเป็นปกติประกอบด้วยไมโครทิวบูลสามท่อติดกัน (triplet) จำนวนเก้าชุด เรียงตัวกันแบบมีสมมาตรรัศมี จำนวนของเซนทริโอลอาจแตกต่างกันไป โดยมีได้ทั้งท่อไมโครทูบูลแบบคู่ (doublet) เก้าชุด (ใน Drosophila melanogaster) หรือท่อเดี่ยว (singlet) ใน C. elegans เซนทริโอลนอกแบบแผนเป็นเซนทริโอลที่ไม่มีไมโครทิวบูล เช่นชนิดคล้ายพรอกซิมัลเซนทริโอล (Proximal Centriole-Like) ที่พบในสเปิร์มของ D. melanogaster หรือมีไมโครทิวบูลแต่ไม่มีสมมาตรรัศมี เช่นดิสทัลเซนทริโอลของสเปิร์มมนุษย์

อ้างอิง

1. Eddé, B; Rossier, J; Le Caer, JP; Desbruyères, E; Gros, F; Denoulet, P (1990). "Posttranslational glutamylation of alpha-tubulin". Science. 247 (4938): 83–5. Bibcode:1990Sci...247...83E. doi:10.1126/science.1967194. PMID 1967194.
2. Lawo, Steffen; Hasegan, Monica; Gupta, Gagan D.; Pelletier, Laurence (November 2012). "Subdiffraction imaging of centrosomes reveals higher-order organizational features of pericentriolar material". Nature Cell Biology. 14 (11): 1148–1158. doi:10.1038/ncb2591. ISSN 1476-4679. PMID 23086237. S2CID 11286303.
3. Quarmby, LM; Parker, JD (2005). "Cilia and the cell cycle?". The Journal of Cell Biology. 169 (5): 707–10. doi:10.1083/jcb.200503053. PMC 2171619. PMID 15928206.
4. Silflow, CD; Lefebvre, PA (2001). "Assembly and motility of eukaryotic cilia and flagella. Lessons from Chlamydomonas reinhardtii". Plant Physiology. 127 (4): 1500–1507. doi:10.1104/pp.010807. PMC 1540183. PMID 11743094.
5. Delattre, M; Gönczy, P (2004). "The arithmetic of centrosome biogenesis" (PDF). Journal of Cell Science. 117 (Pt 9): 1619–30. doi:10.1242/jcs.01128. PMID 15075224. S2CID 7046196.
6. Leidel, S.; Delattre, M.; Cerutti, L.; Baumer, K.; Gönczy, P (2005). "SAS-6 defines a protein family required for centrosome duplication in C. elegans and in human cells". Nature Cell Biology. 7 (2): 115–25. doi:10.1038/ncb1220. PMID 15665853. S2CID 4634352.
7. Rieder, C. L.; Faruki, S.; Khodjakov, A. (Oct 2001). "The centrosome in vertebrates: more than a microtubule-organizing center". Trends in Cell Biology. 11 (10): 413–419. doi:10.1016/S0962-8924(01)02085-2. ISSN 0962-8924. PMID 11567874.
8. Wunderlich, V. (2002). "JMM - Past and Present". Journal of Molecular Medicine. 80 (9): 545–548. doi:10.1007/s00109-002-0374-y. PMID 12226736.
9. Boveri, T. Ueber das Verhalten der Centrosomen bei der Befruchtung des Seeigel-Eies nebst allgemeinen Bemerkungen über Centrosomen und Verwandtes. Verh. d. Phys.-Med. Ges. zu Würzburg, N. F., Bd. XXIX, 1895. link.
10. Boveri, T. (1901). Zellen-Studien: Uber die Natur der Centrosomen. IV. Fischer, Jena. link.
11. Wolfe, Stephen L. (1977). Biology: the foundations (First ed.). Wadsworth. ISBN 9780534004903.
12. Vorobjev, I. A.; Nadezhdina, E. S. (1987). The Centrosome and Its Role in the Organization of Microtubules. International Review of Cytology. 106. pp. 227–293. doi:10.1016/S0074-7696(08)61714-3. ISBN 978-0-12-364506-7. PMID 3294718.. See also de Harven's own recollections of this work: de Harven, Etienne (1994). "Early observations of centrioles and mitotic spindle fibers by transmission electron microscopy". Biol Cell. 80 (2–3): 107–109. doi:10.1111/j.1768-322X.1994.tb00916.x. PMID 8087058. S2CID 84594630.
13. Salisbury, JL; Suino, KM; Busby, R; Springett, M (2002). "Centrin-2 is required for centriole duplication in mammalian cells". Current Biology. 12 (15): 1287–92. doi:10.1016/S0960-9822(02)01019-9. PMID 12176356. S2CID 1415623.
14. La Terra, S; English, CN; Hergert, P; McEwen, BF; Sluder, G; Khodjakov, A (2005). "The de novo centriole assembly pathway in HeLa cells: cell cycle progression and centriole assembly/maturation". The Journal of Cell Biology. 168 (5): 713–22. doi:10.1083/jcb.200411126. PMC 2171814. PMID 15738265.
15. Basto, R; Lau, J; Vinogradova, T; Gardiol, A; Woods, CG; Khodjakov, A; Raff, JW (2006). "Flies without centrioles". Cell. 125 (7): 1375–86. doi:10.1016/j.cell.2006.05.025. PMID 16814722. S2CID 2080684.
16. Feldman, JL; Geimer, S; Marshall, WF (2007). "The mother centriole plays an instructive role in defining cell geometry". PLOS Biology. 5 (6): e149. doi:10.1371/journal.pbio.0050149. PMC 1872036. PMID 17518519.
17. Beisson, J; Wright, M (2003). "Basal body/centriole assembly and continuity". Current Opinion in Cell Biology. 15 (1): 96–104. doi:10.1016/S0955-0674(02)00017-0. PMID 12517710.
18. Avidor-Reiss, T., Khire, A., Fishman, E. L., & Jo, K. H. (2015). Atypical centrioles during sexual reproduction. Frontiers in cell and developmental biology, 3, 21. Chicago
19. Hewitson, Laura; Schatten, Gerald P. (2003). "The biology of fertilization in humans". ใน Patrizio, Pasquale; และคณะ (บ.ก.). A color atlas for human assisted reproduction: laboratory and clinical insights. Lippincott Williams & Wilkins. p. 3. ISBN 978-0-7817-3769-2. สืบค้นเมื่อ 2013-11-09. Unknown parameter |name-list-style= ignored (help)
20. Cui, Cheng; Chatterjee, Bishwanath; Francis, Deanne; Yu, Qing; SanAgustin, Jovenal T.; Francis, Richard; Tansey, Terry; Henry, Charisse; Wang, Baolin; Lemley, Bethan; Pazour, Gregory J.; Lo, Cecilia W. (2011). "Disruption of Mks1 localization to the mother centriole causes cilia defects and developmental malformations in Meckel-Gruber syndrome". Dis. Models Mech. 4 (1): 43–56. doi:10.1242/dmm.006262. PMC 3008963. PMID 21045211.
21. Babu, Deepak; Roy, Sudipto (2013-05-01). "Left–right asymmetry: cilia stir up new surprises in the node". Open Biology (ภาษาอังกฤษ). 3 (5): 130052. doi:10.1098/rsob.130052. ISSN 2046-2441. PMC 3866868. PMID 23720541.
22. Tsou, MF; Stearns, T (2006). "Mechanism limiting centrosome duplication to once per cell cycle". Nature. 442 (7105): 947–51. Bibcode:2006Natur.442..947T. doi:10.1038/nature04985. PMID 16862117. S2CID 4413248.
23. Marshall, W.F. (2009). "Centriole Evolution". Current Opinion in Cell Biology. 21 (1): 14–19. doi:10.1016/j.ceb.2009.01.008. PMC 2835302. PMID 19196504.
24. Bornens, M.; Azimzadeh, J. (2007). "Origin and Evolution of the Centrosome". Eukaryotic Membranes and Cytoskeleton. Advances in Experimental Medicine and Biology. 607. pp. 119–129. doi:10.1007/978-0-387-74021-8_10. ISBN 978-0-387-74020-1. PMID 17977464.
25. Rogozin, I. B.; Basu, M. K.; Csürös, M.; Koonin, E. V. (2009). "Analysis of Rare Genomic Changes Does Not Support the Unikont-Bikont Phylogeny and Suggests Cyanobacterial Symbiosis as the Point of Primary Radiation of Eukaryotes". Genome Biology and Evolution. 1: 99–113. doi:10.1093/gbe/evp011. PMC 2817406. PMID 20333181.
26. Avidor-Reiss, Tomer; Gopalakrishnan, Jayachandran (2013). "Building a centriole". Current Opinion in Cell Biology. 25 (1): 72–7. doi:10.1016/j.ceb.2012.10.016. PMC 3578074. PMID 23199753.
27. Blachon, S; Cai, X; Roberts, K. A; Yang, K; Polyanovsky, A; Church, A; Avidor-Reiss, T (2009). "A Proximal Centriole-Like Structure is Present in Drosophila Spermatids and Can Serve as a Model to Study Centriole Duplication". Genetics. 182 (1): 133–44. doi:10.1534/genetics.109.101709. PMC 2674812. PMID 19293139.
28. Fishman, Emily L; Jo, Kyoung; Nguyen, Quynh P. H; Kong, Dong; Royfman, Rachel; Cekic, Anthony R; Khanal, Sushil; Miller, Ann L; Simerly, Calvin; Schatten, Gerald; Loncarek, Jadranka; Mennella, Vito; Avidor-Reiss, Tomer (2018). "A novel atypical sperm centriole is functional during human fertilization". Nature Communications. 9 (1): 2210. Bibcode:2018NatCo...9.2210F. doi:10.1038/s41467-018-04678-8. PMC 5992222. PMID 29880810.