Polární tělo vřeténka ( PTA ) je centrum organizující mikrotubuly , houbový ekvivalent centrosomu živočišných buněk. Na rozdíl od centrosomu nejsou v PTV žádné centrioly . V kvasinkách S. cerevisiae to pod elektronovým mikroskopem vypadá jako elektronově hustá vícevrstvá struktura zasazená do obalu jádra. Polární tělo vřeténka se kromě své hlavní funkce (organizační centrum mikrotubulů) nepřímo podílí na segregaci chromozomů, uspořádání jader v buňce, karyogamii a orientaci štěpného vřeténka. Navíc je místem vnímání signálů z dráhy MEN ( mitotic exit network ) a případně se podílí na tvorbě stěny vaku spor S. cerevisiae [1] .
Struktura PTP byla důkladně studována elektronovou mikroskopií u řady kvasinek ( Schizosaccharomyces cerevisiae , S. pombe , S. japonicus ) a vláknité houby Ashbya gossypii . Bylo prokázáno, že PTV je třívrstvá nemembránová struktura, která se v případě nedělícího se jádra nachází v cytoplazmě, těsně přiléhá k jaderné membráně a podílí se na tvorbě cytoplazmatických mikrotubulů a při jaderném dělení (mitóza, meióza) je integrován do jaderné membrány a podílí se na tvorbě vřeténka. PTV S. cerevisiae je válcovitá organela, která se skládá ze tří disků nebo desek z tmavě zbarveného materiálu. Rozlišují se následující vrstvy PTV (při přesunu z cytoplazmy do jádra):
Na jedné straně je centrální deska polárního těla vřetena v kontaktu s elektronově hustou oblastí jaderného obalu, nazývanou poloviční můstek . Toto je místo montáže nového polárního tělesa, ale je také zapojeno do karyogamie. Jaderná a cytoplazmatická strana polovičního můstku nejsou ekvivalentní. Dva membránové proteiny, Kar1p a Mps3p, umístěné v polovičním můstku, jsou nutné k vytvoření a udržení jeho struktury a označení jeho stran. Oba proteiny jsou spojeny s Cdc31p, kvasinkovým homologem centrinu , který je nutný k udržení integrity polovičního můstku. Další komponenta polovičního můstku, Sfi1p, je schopna se vázat na Cdc31p prostřednictvím více konzervovaných vazebných míst Cdc31. Kar1p se podílí na připojení polovičního můstku k jádru PTP prostřednictvím interakce s Bbp1p a také hraje roli při reorganizaci PTP během fáze G1 [2] . Centrální deska a vnitřní vrstva 2 se skládají ze samostatných vysoce uspořádaných vrstev.
Pečlivá analýza velikosti a struktury PTP u S. cerevisiae ukázala, že PTP je dynamická organela. V haploidních buňkách PTP roste v průměru od 80 nm ve stádiu G buněčného cyklu do 110 nm v mitóze, ačkoli výška PTP (vzdálenost od vnitřní k vnější destičce) zůstává konstantní kolem 150 nm. Průměr PTV se zvyšuje se zvýšením obsahu DNA v buňce . V diploidní buňce je průměr PTV 160 nm a v tetraploidní buňce je dvakrát větší. Zvětšení průměru PTV zvyšuje jeho schopnost tvořit mikrotubuly, což je důležité pro segregaci chromozomů . Jak je regulována velikost PTV, je stále neznámé. Struktura PTV se mění ve stádiu G1 , při přípravě na zdvojení a zrání a během druhého dělení meiózy, kdy je zahájena tvorba spor.
Polární těleso vřeténka je jediným místem mikrotubulového původu u mnohojaderné vláknité houby ascomycete , blízkého příbuzného pučící kvasinky Ashbya gossypii . Analýza A. gossypii PTT elektronovou mikroskopií odhalila vícevrstvou strukturu podobnou polárnímu tělu S. cerevisiae , ale s výraznými rozdíly na cytoplazmatické straně. Z vnější laminy vzniká až 6 kolmých a tangenciálních cytoplazmatických mikrotubulů. Kolmé a tangenciální cytoplazmatické mikrotubuly odpovídají krátkým mikrotubulům spojeným s kůrou. Každá PTV dává vzniknout svému vlastnímu svazku cytoplazmatických mikrotubulů a nedostatek překrývání svazků mikrotubulů sousedních jader vysvětluje autonomní jadernou oscilaci pozorovanou u mnohojaderné hyfy A. gossypii .
Molekulová hmotnost diploidního PTP, včetně mikrotubulů a proteinů asociovaných s mikrotubuly, dosahuje 1-1,5 GDa , jádro polárního těla vřeténka je 0,3-0,5 GDa. PTV obsahuje nejméně 30 různých proteinů. Doposud však bylo identifikováno pouze 17 složek mitotického PTP. PTP je tvořen strukturálními proteiny, proteiny podobnými γ-tubulinu a složkami MEN. Delece nebo mutace genu, který řídí syntézu kteréhokoli z těchto proteinů, vede k četným defektům ve struktuře a funkci PTP: zástava buněčného cyklu, unipolární vřeténka, defekty sestavení PTP, mutace v regulátorech karyogamie, narušení polohy PTP. jádra atd.
Spc42 je speciální helikální protein, který tvoří centrum PTP. Přibližně 1000 molekul Spc42 je sestaveno do trimerů dimerů Spc42, které tvoří hexagonální mřížku viditelnou na cryo-EM ve vrstvě IL2. Nadměrná exprese Spc42 vede k vytvoření superplate potřebné pro působení cis- a /nms-faktorů, které se podílejí na zdvojnásobení PTP ve fázi G1 buněčného cyklu.
Na N-konci je protein Spc42 spojen se Spc110 a Spc29, dvěma dalšími šroubovitými proteiny, které se nacházejí na jaderné straně PTP. C-konec Spc110 se nachází v centrální lamině a je spojen s Spc29 a kalmodulinem vázajícím vápník (Cmdl). U kvasinek je hypotetickou funkcí kalmodulinu v PTP regulace vazby proteinu Spcll0 na Spc29. Protein Spc29 je linker mezi vnitřní a centrální laminou a je spojen s Spc42 a Spc110, ačkoli podle některých zpráv může Spc110 přímo interagovat s Spc42 [3] .
N-konec Spc110 se nachází ve vnitřní lamině a je spojen přímo se Spc98, jedním ze dvou podobných proteinů souvisejících s y-tubulinem, které jsou potřebné pro tvorbu mikrotubulů. C-konec Spc42 směřuje k cytoplazmě a je spojen s C-koncem Cnm67. Podobně jako u Spc110, šroubovitě vinutá oblast Cnm67 usnadňuje její dimerizaci a funkci mezi vnitřními vrstvami IL2 a IL1. N-konec proteinu Cnm67 je spojen s vnější destičkou PTV a proteinu Nudl, který je nezbytný pro výstup z mitózy. Další helikální protein Spc72 se také nachází ve vnější lamině. Spc72 je spojen s Nudl a se složkami komplexu y-tubulinu.
S PTP je spojeno nejméně 9 signalizačních složek sítě MEN, které řídí polohu vřetena a některé pozdní mitotické události. Pro jejich funkci je důležitá lokalizace MEN proteinů v polárním těle vřeténka. V PTV najdeme i proteiny, které regulují polohu vřetena. Dynein , stejně jako frakce kortikálně asociovaného proteinu Kar9, jsou lokalizovány v PTV a asociovány s mikrotubuly.
Polární tělo vřeténka není znovu syntetizováno, ale zdvojnásobuje se pokaždé ve fázi G1 buněčného cyklu . Tento proces je velmi důležitý pro vznik bipolárního štěpného vřetena . Proces zdvojení PTV lze rozdělit do tří fází: první nastává časně ve fázi G 1 , kdy se na okraji polomůstku vytváří satelitní materiál. Během druhé fáze se poloviční můstek prodlužuje a jeho cytoplazmatická a jaderná strana se spojí. Satelit zároveň tvoří novou nosnou desku, vrstvenou strukturu, která je svým složením podobná cytoplazmatické části PTV. Tato destička je zabudována do jaderné membrány a na jejím základě je dokončena nová PTV, nejprve cytoplazmatická a poté jaderná část. Na konci G1 obsahuje kvasinková buňka dva sousední PTV spojené můstkem. Poté se most, který je spojuje, zlomí a dvě polární tělesa vřetena se přesunou na opačné strany jaderného obalu [4] .
Diploidní buňky kvasinky S. cerevisiae procházejí dvěma meiotickými děleními s tvorbou haploidního potomstva v podmínkách hladovění dusíkem. V procesu dělení se chromozomy segregují a potomci obdrží pouze jednu kopii všech 16 chromozomů. Meiotické vřeténko je svou strukturou podobné mitotickému vřeténku a vzniká během prvního dělení meiózy. Morfologicky je polární těleso meiotického vřeténka I totožné s PTV mitotického vřeténka, ale má větší průměr. Všechny složky PTP jsou pravděpodobně důležité pro mitotický PTP. Mezi meiotickými děleními by se PTP měla zdvojnásobit, protože v meiotickém stadiu II se vytvoří dvě bipolární vřeténka. Kupodivu ke zdvojení dochází při absenci jaderného štěpení (mitóza u hub je uzavřena a jaderná membrána je zachována po celý cyklus), to znamená, že v jednom jádře se vytvoří dvě meiotická vřeténka meiózy II. Po postupném zdvojení a vytvoření meiotického vřeténka II procházejí STP morfologickými změnami. Vnější destičkový protein Spc72 je odstraněn a nahrazen dvěma meiotickými PTP proteiny, Mpc54 a Spo21/Mpc70, které tvoří meiotické destičky [5] .
| organely eukaryotických buněk | |
|---|---|
| endomembránový systém | |
| cytoskelet | |
| Endosymbionti | |
| Jiné vnitřní organely | |
| Vnější organely | |