Az orsó egy dinamikus szerkezet, amely a mitózis és a meiózis során képződik, hogy biztosítsa a kromoszómák szegregációját (szétválását) és a sejtosztódást. Egy tipikus orsó bipoláris - a két pólus között egy orsó alakú mikrotubulusrendszer képződik . Az orsó mikrotubulusai a kromatid kinetokorokhoz kapcsolódnak a centromereknél , és biztosítják a kromoszómák mozgását a pólusok felé.
Az orsót három fő szerkezeti elem alkotja: mikrotubulusok, osztópólusok és kromoszómák. Állatokban centriolokat tartalmazó centroszómák vesznek részt az osztódási pólusok szerveződésében . A növényekben , valamint egyes állatok petesejtekben hiányoznak a centroszómák, és széles pólusú acentroszómális orsó képződik. Az orsó kialakulásában fontos szerepet játszanak a dynein és kinezin családba tartozó motorfehérjék .
A teljes hasadási orsó a prometafázis szakaszában képződik a magmembrán elpusztulása után , amikor a citoplazmatikus mikrotubulusok és centroszómák (állatokban) hozzáférnek a kromoszómákhoz és az orsó egyéb összetevőihez. Kivételt képez a bimbózó élesztőorsó , amely a mag belsejében képződik.
Egy tipikus emlős sejt osztódási orsója három szerkezeti elemből áll - centroszómákból , mikrotubulusokból és kromoszómákból -, amelyek szimmetrikus bipoláris szerkezetet alkotnak. Az orsó pólusain centroszómák, kis organellumok találhatók, amelyek mikrotubulus-szervező központként működnek . Minden centroszóma egy pár centriolból áll, amelyeket számos különböző fehérje vesz körül. Az orsó pólusai között kondenzált kromoszómák vannak, amelyek egy pár kromatidból állnak, amelyek a centromerhez vannak rögzítve . A kromoszómák centromer régióiban kinetokorok – az orsó mikrotubulusaihoz való kapcsolódásért felelős komplex struktúrák találhatók [1] .
Az osztóorsó két félorsóból áll. A félorsó polarizált mikrotubulusokból van kialakítva. A mikrotubulusok negatív mínusz végei az orsó pólusainál gyűlnek össze a centroszómák körül. A mikrotubulusok plusz végei eltávolodnak a két pólustól és az orsó középső egyenlítői részében metszik egymást. A legtöbb gerincesnél a félorsó 600-750 mikrotubulusból áll, amelyek 30-40%-a kinetochore-ban végződik. Az orsó pólusait a kromoszómák kinetokoraival összekötő mikrotubulusokat kinetokoroknak nevezzük . Ezenkívül az orsó kialakulása során minden kinetochore számos mikrotubulushoz kapcsolódik, és kinetochore-köteget alkot. Azokat a mikrotubulusokat, amelyek a pólusok között helyezkednek el, és nem kapcsolódnak a kinetohorokhoz, interpolárisnak nevezzük . Az orsó mikrotubulusainak egy része az egyes pólusok körül radiális struktúrákat alkot, amelyeket csillagoknak vagy őszirózsáknak neveznek. Az ilyen mikrotubulusokat asztrálisnak [2] nevezzük .
A növényekben, valamint egyes állatok petesejtekben hiányoznak a centroszómák, és széles pólusú acentroszómális orsó képződik [3] . Az atcentroszomális orsó pólusain szintén nincsenek asztrális mikrotubulusok. Egyébként a növényi sejtorsó szerkezete megfelel az állati sejtorsó szerkezetének.
A hasadási orsó összeszerelése a profázisban kezdődik. Ebben a szakaszban azonban egy teljes értékű orsó kialakulása lehetetlen a kromoszómák, valamint a magon belüli fontos motoros, szabályozó és stabilizáló fehérjék izolálása miatt.
A növényekben a centroszómák hiánya miatt a mikrotubulusok szerveződési központjának szerepét a profázisban a magburok tölti be. A mikrotubulusok az atommag felszíne közelében gyűlnek össze, és a profázis végére a leendő hasadási orsó tengelye mentén orientálódnak, létrehozva az úgynevezett profázorsót [4] .
Állati sejtekben a mikrotubulusok szerveződési központja a centroszóma. Ezért a hasadási orsó kialakulása egy centroszómapár szétválásával és szétválásával kezdődik a profázis során. A centroszómák divergenciáját a profázisban a dynein motorfehérjék biztosítják . Rögzültek a sejtmembrán belső oldalán és a sejtmag külső felületén. A membránhoz rögzített dyneinek az asztrális mikrotubulusokhoz kapcsolódnak, és a mikrotubulus mínusz vége felé mozognak. Ennek köszönhetően a centroszómák a sejtmembrán ellentétes részeire költöznek, és távolabb távolodnak egymástól [5] .
Az orsó összeszerelése két kulcsfolyamattól függ. Először is, a kromoszómák körüli mikrotubulusok bipoláris felhalmozódásának kialakulásából. Másodszor, a kromoszómák mikrotubulusokhoz való kapcsolódásától az ellentétes osztódási pólusokból [6] . A testvérkromatidák mikrotubulusokhoz való rögzítése az orsó összeállítási folyamatának szerves része. A kromoszómák és a teljes hasadási orsó kialakításában szerepet játszó motoros és egyéb fehérjék azonban a sejtmagban izolálódnak. A mikrotubulusok és centroszómák (állatokban) pedig a citoplazmában találhatók. Így az orsó összeállítása a nukleáris membrán prometafázisban történő tönkremenetelétől függ [7] .
Kivételt képez a bimbózó élesztőorsó, amely a sejtmag belsejében képződik [8] .
Az orsó önszerveződéseMinden eukarióta esetében a bipoláris orsó összeállítása nagymértékben függ az orsó komponenseinek önszerveződési képességétől. Az önszerveződés az egyetlen mechanizmus a hasadási orsó összeállítására a centroszómákat nem tartalmazó sejtekben [9] . A bipoláris orsó összeállítását centroszómák részvétele nélkül atcentroszomálisnak nevezzük. A magasabb rendű növényekre jellemző, és egyes állatoknál a meiózis során is megfigyelhető a fejlődés korai szakaszában. [10] Ezen túlmenően a mikrotubulusok önszerveződését feltételezték az orsó-összeállítás domináns mechanizmusának, még a centroszómákat tartalmazó állati sejtekben is [11] .
Az orsó önszerveződése a magmembrán megsemmisülése után kezdődik. A citoplazmatikus mikrotubulusok a kromoszómák körül gyűlnek össze (magozódnak). Itt helyi stabilizáló faktorok közreműködésével a felhalmozódó mikrotubulusok megnyúlnak. Ezután a mikrotubulusok szerveződése a motorfehérjék három csoportjának részvételével kezdődik [11] [12] :
Számos állati sejtben, beleértve az emberi sejteket is, a centroszómák, amelyek az osztódási orsó pólusai, részt vesznek az orsó összeállításában. Az atcentroszómális orsó összeállításához hasonlóan a motoros és más fehérjék is részt vesznek a mikrotubulusok bipoláris szerkezetté történő önszerveződésében, amelyet a mikrotubulusok mínusz végei fókuszálnak a centroszómák régiójában. Ebben az esetben a centroszómák is részt vesznek az orsó összeállításában, és hozzájárulnak az osztópólusok kialakulásához, de nem szerves részét képezik az orsónak, mivel az összeszerelési folyamat a centroszómák inaktiválásakor is lezajlik [9] .
A centroszómák eltérésének idejétől függően a magmembrán tönkremenetelének pillanatától függően az orsóképződés két mechanizmusát különböztetjük meg [13] :
A kromoszómák orsóhoz való kapcsolódási mechanizmusát centroszómákat tartalmazó állati sejtekben tanulmányozták a legjobban. A profázis során a centroszómák körül mikrotubulusokból álló csillagszerkezet képződik, amelyek radiális irányban eltérnek egymástól. A sejtmag régióját a nukleáris membrán megsemmisülése után dinamikusan instabil mikrotubulusok aktívan vizsgálják, amelyeket a kromoszómák kinetochorei rögzítenek. A kromoszómák egy része gyorsan kötődik az ellenkező pólusokból származó mikrotubulusokhoz. A kromoszómák egy másik része először az egyik pólusból kiinduló mikrotubulusokhoz kapcsolódik. Ezután a megfelelő pólus irányába mozog. Az egyik pólushoz kapcsolódó kromoszómák ezután mikrotubulusokat ragadnak be az ellenkező pólusból. A metafázis során körülbelül 10-40 mikrotubulus csatlakozik minden kinetokorhoz, hogy kinetochore-köteget képezzenek. Valamennyi kromoszóma az osztódás ellentétes pólusaihoz kapcsolódik, és az orsó közepén egy metafázis -lemezté áll össze [6] .
Létezik egy alternatív modell is a kinetokoroknak az orsóhoz való kapcsolódására, amely alkalmas mind centroszómákkal rendelkező, mind centroszómát nem tartalmazó sejtekhez. E modell szerint a rövid mikrotubulusok a kromoszómák közelében nukleálódnak a gamma-tubulin gyűrű komplex részvételével . Plusz végükkel a mikrotubulusok kinetokorokba vannak ágyazva. Ezt követi a mikrotubulusok szabályozott növekedése ( polimerizáció ). A mikrotubulusok megnyúló mínusz végeit "varrják" és az osztódási pólusok régiójában fókuszálják a motorfehérjék részvételével. A Centroszómák (ha jelen vannak) hozzájárulnak a kinetochore mikrotubulusok osztódási pólusokhoz való rögzítéséhez [14] .
A testvérkromatidák bipoláris orientációjaA kromoszómák leánysejtek közötti egyenlő eloszlásához fontos, hogy a páros kromatidák kinetochorei az ellenkező pólusokból kiinduló mikrotubulusokhoz kapcsolódjanak. A kinetokorok normál bipoláris kötődését az ellenkező pólusokhoz amfitelikusnak nevezzük . Az orsó összeállítása során azonban a kromoszómák más kapcsolódása is előfordulhat. Egy kinetokor egy osztópólushoz való rögzítését monotelikusnak nevezzük . Egy kromoszóma két kinetokorának egy osztódási pólushoz való kapcsolódását szintetikusnak nevezzük . Merotelic rögzítés is lehetséges , amelyben egy kinetochore egyszerre két pólushoz kapcsolódik [15] .
A helytelen kötődést részben maga a testvérkinetokor geometriája akadályozza meg, amelyek a kromoszómák centromer régiójának ellentétes oldalán helyezkednek el. Ezenkívül a helytelen kapcsolódások instabilok és visszafordíthatók, míg a kinetokorok normál bipoláris kötődése stabil. A szemközti osztáspólusokból kiinduló feszítőerőknek köszönhetően stabil kapcsolat érhető el. A kinetokorok ellentétes pólusokhoz való megfelelő kapcsolódásáért felelős szabályozó rendszer fő összetevője a protein-kináz aurora B [15] .