中心体

中心体（ラテン語 centrum「中心」＋ギリシャ語 soma「体」）（古語では cytocentre ^{[ 1 ]} ）は、動物細胞^{[ 2 ]}にある膜で囲まれていない 細胞小器官で、主要な微小管形成中心（MTOC）として機能し、細胞周期の進行を調節します。中心体は細胞に構造を与えます。中心体は真核細胞の多細胞動物系統でのみ進化したと考えられています。^{[ 3 ]}菌類や植物には中心体がなく、そのため他の構造を使って微小管を組織化します。^{[ 4 ] [ 5 ]}中心体は動物細胞の効率的な有糸分裂において重要な役割を果たしますが、特定のハエや扁形動物種では必須ではありません。^{[ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

齧歯類以外の哺乳類では、精子が中心体の大部分、すなわち中心小体を形成する。^{[ 2 ]}中心体は、互いに直角に配置された 2 つの中心小体と、中心​​体周囲物質(PCM)と呼ばれる高密度で高度に構造化された^{[ 9 ]}タンパク質の塊に囲まれた構造から構成される。PCM には、γ-チューブリン、ペリセントリン、ナイニンなど、微小管の核形成と固定に関与するタンパク質が含まれている^{[ 10 ]}。一般に、中心体の各中心小体は、車輪状構造に組み立てられた 9 本の三重微小管を基盤としており、セントリン、セネキシン、テクチンが含まれている。^{[ 11 ]}多くの細胞種では、細胞分化中に中心体が繊毛 に置き換わる。しかし、細胞が分裂を開始すると、繊毛は再び中心体に置き換わる。^{[ 12 ]}

中心体は、1875年にヴァルター・フレミング^{[ 13 ] [ 14 ]}と1876年にエドゥアール・ヴァン・ベネデン^{[ 15 ] [ 14 ]}によって共同で発見され、その後1888年にテオドール・ボヴェリによって記述され命名された^{[ 16 ]}。

中心体は細胞周期の前期において核膜と結合している。有糸分裂期には核膜が​​崩壊し、中心体から伸びる微小管が染色体と相互作用して紡錘体を形成する。

中心小体ペアのうち古い方の母中心小体は、繊毛と鞭毛の形成においても中心的な役割を果たしている。^{[ 11 ]}

中心体は細胞周期ごとに一度だけ複製されるため、各娘細胞は中心体を受け継ぎ、中心体には中心小体と呼ばれる2つの構造が含まれています。中心体は細胞周期のS期に複製されます。有糸分裂と呼ばれる細胞分裂過程の前期には、中心体は細胞の両極に移動します。その後、2つの中心体の間に紡錘体が形成されます。分裂後、各娘細胞は1つの中心体を受け取ります。細胞内の中心体の異常な数は癌と関連付けられています。中心体の倍加は、プロセスの半保存的性質とプロセスの調節因子としてのCDK2の作用という2つの点でDNA複製と似ています。 ^{[ 17 ]}しかし、中心体の倍加は鋳型読み取りと組み立てによって起こらないという点で、これらのプロセスは本質的に異なります。母中心小体は、娘中心小体の組み立てに必要な材料の蓄積を助けるだけです。^{[ 18 ]}

しかし、中心小体は有糸分裂の進行に必須ではない。中心小体にレーザーを照射すると、形態的に正常な紡錘体で有糸分裂は正常に進行する。さらに、ショウジョウバエの発生は、中心小体の複製に必要な遺伝子の突然変異により中心小体が存在しない場合でも、ほぼ正常である。[ ^{19 ]中心}小体がない場合、紡錘体の微小管はモーターによって集中され、双極性紡錘体の形成が可能になる。多くの細胞は、中心小体がなくても間期を完全に経ることができる。^{[ 11 ]}

中心小体とは異なり、中心体は生物の生存に必須である。中心体を持たない細胞は、星状微小管の放射状配列を欠いている。また、紡錘体の位置決めや細胞質分裂における中心位置の確立能力にも欠陥がある。この文脈における中心体の機能は、細胞分裂の効率を大幅に向上させることで、細胞分裂の正確性を確保することであると仮説が立てられている。一部の細胞種では、中心体が存在しないと次の細胞周期で停止する。これは普遍的な現象ではない。

線虫C. elegansの卵が受精すると、精子は一対の中心小体を卵に送り込む。これらの中心小体は中心体を形成し、接合子の最初の細胞分裂を誘導し、その結果、接合子の極性が決定される。中心体の極性決定における役割が微小管依存的か非依存的かは、まだ明らかになっていない。

ヒトの生殖において、精子は接合子の中心体と微小管系を形成する中心小体を提供する。^{[ 20 ]}受精不全の中には中心体に関連するものもある。^{[ 2 ]}

1914年、テオドール・ボヴェリは癌細胞における中心体異常について記述した。この最初の観察はその後、多くの種類のヒト腫瘍にまで拡大された。^{[ 21 ]}癌における中心体変化は、構造異常または数的異常の2つのサブグループに分けられるが、両方とも腫瘍内で同時に見られることがある。

セントロソームとセントリオールの進化の歴史は、セントリンなどの特徴的な遺伝子のいくつかについて追跡されています。^{[ 3 ]}セントリンはカルシウムシグナル伝達に関与し、セントリオールの複製に必要です。^{[ 29 ]}セントリンには2つの主要なサブファミリーがあり、どちらも初期に分岐した真核生物であるジアルジア・インテスティナリスに存在します。したがって、セントリンは真核生物の共通祖先に存在していました。逆に、古細菌や細菌には認識できる相同遺伝子がなく、そのため「真核生物の特徴的な遺伝子」の一部となっています。セントリンとセントリオールの進化に関する研究はありますが、^{[ 3 ] [ 30 ]}ペリセントリオール物質の進化に関する研究は発表されていません。

モデル生物であるショウジョウバエと線虫では、中心体のいくつかの部分が高度に分化していることは明らかです。例えば、両種とも、通常中心小体の複製に関係するセントリンサブファミリーの1つを失っています。中心体を欠くショウジョウバエの変異体は、形態的に正常な成虫にまで発達することさえありますが、感覚ニューロンに繊毛がないため、出生後まもなく死んでしまいます。^{[ 19 ]}このように、これらのハエは、中心体とは独立した、機能的に冗長な機構を進化させてきました。

2006年の研究では、大西洋産のハマグリの卵の中心体にはRNA配列が含まれていることが示されました。特定された配列は細胞内の他の場所ではほとんど見られず、既存のゲノムデータベースにも記載されていません。特定されたRNA配列の1つには推定RNAポリメラーゼが含まれており、中心体内にRNAベースのゲノムが存在するという仮説につながりました。^{[ 31 ]}しかし、その後の研究では、中心体には独自のDNAベースのゲノムは含まれていないことが示されています。RNA分子が中心体と結合していることは確認されていますが、配列は核内にも見つかっています。さらに、中心体は正常細胞から除去された後（例えば、レーザー照射によって）、新たに形成されることがあります。 ^{[ 30 ]}