Centrosome
Centrosome은 동물 세포에서 가장 중요한 **MTOC (microtubule-organizing center)**로, 핵 옆 세포질에 위치한다.
Fig 16–42. (A) 핵 옆에 위치한 centrosome 구조. (B) Microtubule이 부착된 centrosome — minus end는 centrosome에, plus end는 세포질 쪽으로 뻗는다. (C) C. elegans MTOC에서 방사상으로 뻗은 microtubule thicket.
- Minus end를 고정하고 plus end를 세포 바깥쪽으로 향하게 하여 microtubule을 nucleate
- 세포 내 organelle 배치의 전체적인 좌표계 제공
- 두 가지 주요 구성 요소: Centriole + Pericentriolar material (PCM)
Centriole
Fig 16–43. (A) Mother centriole(distal appendage 포함)과 daughter centriole 단면. (B) Protozoan centriole 단면: 9세트 microtubule triplet. (C) Triplet 구성(A, B, C microtubule). (D) SAS-6 단백질이 만드는 cartwheel의 9중 대칭.
구조
- Centrosome 내부에 L자형으로 배치된 한 쌍이 존재
- 각 centriole: 9세트의 microtubule triplet이 원통형으로 배열 → 9중 대칭
- 각 triplet: 완전한 A microtubule + 불완전한 B, C microtubule이 융합
- SAS-6 단백질 9개가 coiled-coil dimer를 이루어 cartwheel ring 형성 → 9중 대칭의 기원
Mother vs. Daughter Centriole
| Mother | Daughter | |
|---|---|---|
| 형성 시기 | 이전 세포주기 | 현재 S phase |
| 구조적 특징 | Distal appendage 보유 | Appendage 없음 |
| 주요 기능 | Primary cilia의 basal body | 분열 후 새로운 mother가 됨 |
Pericentriolar Material (PCM)
- Centriole 주변을 감싸는 섬유성 단백질의 무정형 망상 구조
- Biomolecular condensation으로 형성되는 dense spherical matrix
- γ-TuRC가 여기에 묻혀 microtubule nucleation이 일어남
- 분리된 minus end의 안정화 및 고정은 CAMSA proteins (vertebrate)가 담당
- Minus end를 depolymerization으로부터 보호
- Golgi apparatus, 세포 cortex 등 세포 구조물에 고정
γ-Tubulin Ring Complex (γ-TuRC)
Fig 16–41. (A) γ-TuSC: γ-tubulin 2개 + accessory protein 쌍. (B) 7개의 γ-TuSC가 나선형으로 모여 13개의 γ-tubulin이 원형으로 노출. (C) γ-TuRC가 microtubule minus end를 nucleate하는 모델.
조립 과정
γ-tubulin 2개 + accessory protein 쌍 → γ-TuSC → 7개의 γ-TuSC가 나선형으로 조립 → 13개의 γ-tubulin이 원형으로 노출 → microtubule의 13 protofilament와 일치하는 주형 제공 → minus end nucleation
나선형 배열로 인해 두 protofilament 사이에 longitudinal seam이 하나 생긴다.
Centrosome에서의 γ-TuRC
- Centrosome은 보통 50개 이상의 γ-TuRC 모집
- 그러나 동물 세포에는 수백 개의 microtubule이 존재 → 모두를 centrosome에 고정 불가
- γ-TuRC는 세포질에도 풍부하게 분포
- Centrosome은 microtubule nucleation에 절대적으로 필요하지 않음 — 레이저로 centrosome을 파괴해도 다른 부위에서 nucleation이 일어난다
Centrosome 복제와 세포 분열
- S phase: 각 centriole 옆에 새로운 딸 centriole 형성 → centrosome 복제
- Mitosis 시작: 두 centrosome이 분리 → mitotic spindle의 양극 형성
- 분열 완료: 각 딸세포가 centrosome 하나씩 보유 (centriole 쌍 포함)
Primary Cilia의 Basal Body
Fig 16–61. (A) Mouse neuron primary cilium의 basal body. (B) Centriole의 기능 전환 — interphase: primary cilium basal body / 분열기: mitotic spindle centrosome.
Interphase에서 mother centriole은 세포막 근처로 이동하여 primary cilium의 basal body로 기능한다.
세포 주기에 따른 전환
| 시기 | Centriole 기능 |
|---|---|
| Interphase | 세포막 근처로 이동 → primary cilium 형성 |
| S phase | Primary cilium 흡수 → centriole 복제 |
| Mitosis | 두 centrosome → spindle 양극 형성 |
IFT (Intraflagellar Transport)
- Primary cilium 내에서 단백질 합성이 일어나지 않으므로 IFT가 필수
- Anterograde: Kinesin-2 (세포체 → cilium 끝)
- Retrograde: Cytoplasmic dynein 2 (cilium 끝 → 세포체)
세포 유형별 MTOC(microtubule organaizing center) 비교
Fig 16–44. 다양한 세포 유형에서의 microtubule 조직화.
| 세포 유형 | MTOC | Centriole | Microtubule 배열 |
|---|---|---|---|
| 동물 fibroblast | Centrosome | ✓ | Plus end → 세포 주변부, 방사형 aster |
| 출아 효모 | Spindle pole body (핵막 내장) | ✗ | — |
| 식물 세포 | 핵막 주변 + 세포 cortex | ✗ | γ-TuRC 사용 |
| 상피 세포 | 극화 후 apical surface 쪽 | ✓ | Plus end → basal 방향 (세로 배열) |
| 신경 세포 axon | 세포체 centrosome | ✓ | Uniform: plus end → axon terminal |
| 신경 세포 dendrite | 세포체 centrosome | ✓ | Mixed polarity |
효모와 식물은 centriole이 없어도 γ-TuRC로 microtubule을 nucleate한다. Centriole 유무와 γ-TuRC 기반 nucleation 능력은 별개이다.
관련 노트
- structure of a microtubule — α/β-tubulin heterodimer, 13 protofilament 구조
- preferential growth of microtubules — dynamic instability
- axoneme — centriole에서 형성되는 axoneme 구조
- Microtubule organization in a neuron — 신경 세포에서의 microtubule 극성