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Centrosoma

Cosa è il centrosoma?

Il centrosoma è una regione della cellula animale, considerata alla stregua di un organulo cellulare seppur non delimitato da membrane, coinvolto presumibilmente nella realizzazione del fuso mitotico e quindi della segregazione dei cromosomi durante la replicazione cellulare.

La natura e l’origine dei centrosomi sono oggetto di dibattito, così come lo è il ruolo stesso di queste strutture, alla luce di recenti scoperte che insinuano dei dubbi circa le tradizionali convinzioni associate alla funzione di questi singolari organelli.

Centrosoma

Figura 1: Il centrosoma, formato dai due centrioli e il centroplasma, dove sono dispersi i dimeri di tubulina.

Struttura del centrosoma

Sebbene non sia delimitato da membrane, la posizione del centrosoma può essere desunta dalla rilevazione dei centrioli. Queste strutture, infatti, occupano il centro del centrosoma stesso e lo rendono individuabile.

Il centrosoma, durante l’interfase, è unico e al suo interno sono presenti i due centrioli disposti perpendicolarmente l’uno all’altro. Intorno ai centrioli sono disperse una grande quantità di dimeri di tubulina. La porzione di protoplasma associata al centrosoma, che contiene quindi i centrioli e i tubuli dispersi, è definita centroplasma.

L’individuazione dei centriolo, che permette la definizione del centrosoma, può essere realizzata mediante microscopio ottico o microscopio elettronico. Al microscopio ottico i centrioli appaiono come piccoli punti scuri nelle vicinanze del nucleo, mentre al microscopio elettronico è possibile individuarne la struttura, formata da nove triplette di microtubuli. I microtubuli sono polari e l’interazione dei centrioli col centrosoma avviene per mezzo della loro porzione carica negativamente.

Centrosoma e estroflessioni cellulari

Molte cellule eucariotiche possiedono strutture che si originano all’interno della cellula per poi espletare la propria funzione all’esterno di essa. Queste strutture, rappresentate da flagelli, ciglia o microvilli, trovano la propria origine nelle fibre dei centrioli, i quali sono coinvolti nella loro sintesi e sono utilizzati, spesso, da questi ultimi, come struttura di sostegno per potersi ancorare ed esercitare i movimenti che le contraddistinguono. Il centrosoma quindi, in quanto sede dei centrioli, rappresenta un elemento fondamentale anche per il funzionamento di queste estroflessioni cellulari.

Duplicazione del centrosoma e formazione del fuso mitotico

Nella fase che precede immediatamente la replicazione cellulare, i centrioli si duplicano e lo stesso centrosoma va incontro a divisione. Si registra quindi la presenza di due centrosomi, ognuno contenente due centrioli,  che migrano alle due estremità della cellula.

Durante la migrazione, le particelle di tubulina vengono assemblate per la formazione del fuso che rappresenta la guida per la segregazione dei cromosomi e dei cromatidi fratelli.

I centromeri dei cromosomi, infatti, formano delle connessioni deboli con le fibre del fuso che ne guidano in questo modo la migrazione e consentono la divisione del materiale genetico nelle cellule figlie. L’orientamento relativo dei centrosomi definisce il piano di divisione della cellula, caratteristica particolarmente importante per le cellule che formano i tessuti e che, quindi, devono dividersi e distribuirsi in maniera coerente e ordinata.

centrosoma e fuso mitotico

Figura 2: il centrosoma, detto anche MTOC (Centro dell’Organizzazione dei Mitocondri) è ritenuto il principale responsabile della formazione del fuso mitotico negli animali.

Origine evolutiva del centrosoma

Quale sia l’evento o il processo che ha portato le cellule animali a dotarsi dei centrosomi è nozione poco nota. Una risposta a questa domanda l’hanno provata a dare Mark e Marie Anne Alliegro, due ricercatori del laboratorio di biologia marina “Josephine Bay Paul Center”, che in un articolo apparso sulla rivista PNAS suggeriscono una possibile origine endosimbiotica di questa struttura cellulare.

L’endosimbiosi è quel processo per il quale un organismo viene dapprima inglobato per fagocitosi da un altro e poi, non essendo digerito, inizia a collaborare con questo finendo col divenirne una parte, in una sorta di simbiosi che ha il carattere della vera e propria fusione.

Nella storia della microbiologia questo passaggio è avvenuto molte volte e ha portato le cellule eucariotiche ad acquisire alcune delle funzioni più importanti che possano svolgere. L’apparizione di organuli cellulari indispensabili quali i cloroplasti e i mitocondri è avvenuta proprio in questo modo.

La scoperta portata alla ribalta dai due ricercatori risiede nella natura dell’RNA associato al centrosoma, che ha le caratteristiche di un RNA batterico, suggerendo che in questo caso la fagocitosi possa aver portato ad inglobare, nel DNA degli animali, una porzione di DNA batterico contenente le informazioni per la sintesi del centrosoma, e che poi questo DNA sia entrato a far parte stabilmente del corredo genetico del mondo animale.

Le nuove scoperte e il ruolo del centrosoma

Le cellule vegetali, si sa, non possiedono centrosomi, e in esse il ruolo di mediatore per la formazione del fuso mitotico è svolto da altre strutture presenti ai lati della cellula.

Ciononostante, la centralità di questi organuli nello svolgimento di questa funzione nelle cellule animali non era mai stata messa in discussione. Anzi, lo studio delle possibili interazioni con il centrosoma per impedire la duplicazione cellulare delle cellule tumorali è un filone di ricerca ricco e promettente.

Ad esempio, secondo una recente pubblicazione, sarebbe stata individuata una molecola (EGFP-Hec1) in grado di operare la rottura del centrosoma durante la replicazione attraverso l’aumento della stabilità di legame tra il centromero del cromosoma ed le fibre del fuso. La rottura del centrosoma causerebbe la formazione di un fuso multipolare e la segregazione scorretta dei cromosomi.

Cromosomi legano i microtubuli

Figura 3: I cromosomi legano i microtubuli in corrispondenza di una zona particolare del centromero, detta cinetocore, su cui agisce la proteina EGFP-Hec1.

Altri studi, però anch’essi molto recenti, hanno minato in parte la granitica convinzione che nelle cellule animali il centrosoma fosse indispensabile per la riuscita della duplicazione cellulare.

Uno studio in particolare ha osservato come una specie (Schmidea mediterranea) di platelminta, animali marini noti per la grandissima capacità rigenerativa dei propri tessuti, possegga delle cellule totalmente prive di centrosoma. Il verme piatto non solo non risente della mancanza del centrosoma ma anzi mostra capacità di duplicazione dei propri tessuti decisamente fuori dal comune.

Questa scoperta ha spinto i ricercatori quantomeno a domandarsi se fosse o meno il caso di ripensare al ruolo del centrosoma nella duplicazione cellulare e ad investigare sul suo coinvolgimento in altre funzioni, oltre a cercare di definire quale sia il meccanismo che permette a Schmidea mediterranea di portare a termine con successo la duplicazione della proprie cellule.

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