Cercetare asupra modului în care celulele reglează formarea fusului în diviziune
În timpul diviziunii celulelor animale, un dans sincronizat și bine reglat al cromozomilor are loc, asigurându-se că aceștia se separă corect în cele două celule.
Fibrele fusului – un mecanism complex responsabil pentru orchestrarea acestui dans – se formează de la fiecare capăt al celulei și împing și trag cromozomii pe parcursul procesului. Cu toate acestea, oamenii de știință nu înțeleg pe deplin cum controlează celulele locul și momentul în care se formează fibrele fusului.
Recent, cercetătorii de la Okinawa Institute of Science and Technology (OIST) și de la University of California, San Diego, au dezvăluit mecanismul exact prin care o proteină cheie, numită SPD-5, ajută la reglarea locului și momentului în care se asamblează fibrele fusului în viermele C. elegans. Studiul, publicat în Science Advances, arată că SPD-5 este activată printr-un proces precis, pas cu pas, care schimbă forma proteinei, deblocând site-urile de legare necesare pentru a începe formarea fibrelor fusului. Descoperirile lor oferă perspective importante asupra modului în care este reglată diviziunea celulară și, în viitor, ar putea deschide noi căi pentru tratamentul bolilor cauzate de erori în diviziunea celulară.
„Când te uiți la diviziunea celulară la microscop, poți observa că fibrele fusului cresc doar la un moment specific din timpul diviziunii celulare și din locuri limitate – unul dintre acestea fiind centrosomul”, spune Midori Ohta, primul și coautor corespunzător al studiului.
„Centrosomii sunt principalul loc de construcție a fibrelor fusului și zona mea de interes cheie”, continuă Ohta. „Dacă nu sunt formați sau reglementați corespunzător, cromozomii se pot segregra incorect. Acest lucru poate duce la un număr anormal de cromozomi în celulă, cancer sau boli de dezvoltare precum microcefalie, care afectează dezvoltarea creierului.”
Desfășurarea pașilor activării SPD-5 a fost o întrebare cheie. Centrosomii constau din două structuri de bază numite centrioli, înconjurați de matricea pericentriolară – un nor de proteine care se extinde semnificativ atunci când o celulă se divide. În C. elegans, acest nor este format în principal din SPD-5, care joacă un rol vital prin legarea și activarea complexelor γ tubulinice. Odată ce sunt în loc, complexe γ tubulinice acționează ca locuri de asamblare, sau puncte de plecare, pentru microtubulii care compun fibrele fusului.
O întrebare importantă a fost să se determine cum este activată SPD-5, astfel încât să se lege și să activeze complexe γ tubulinice doar la centrosom și nu în alte părți ale celulei.
Cercetătorii au descoperit că înainte ca SPD-5 să fie activată, structura sa o menține într-o stare „oprită”, pliată asupra sa, asemănătoare unei pumni strânse. Cele două părți ale SPD-5 responsabile pentru captarea unui complex γ tubulinic se blochează reciproc, împiedicându-l să își îndeplinească sarcina prea devreme.
Însă aceasta se schimbă atunci când celula se pregătește să se divide. Pe măsură ce SPD-5 este integrată în norul de proteine în creștere de la centrosom, o altă proteină adaugă etichete chimice mici de fosfat la SPD-5. Aceasta reconfigurează SPD-5, desfăcându-i structura pliată ca o mână care se deschide și eliberând un site de legare pentru a se atașa de un complex γ tubulinic. Această interacțiune declanșează o schimbare suplimentară în forma proteinei, eliberând al doilea site pentru a se putea atașa și el de complexul γ tubulinic, întărind și stabilizând interacțiunea. Această activare pas cu pas ocolește blocajul de siguranță încorporat al SPD-5, asigurându-se că microtubulii se formează doar la locul și momentul potrivit.
De la viermi la oameni, deși acest studiu a fost realizat pe C. elegans, structura de bază a centrosomilor este similară în rândul animalelor, inclusiv oamenilor. Bazându-se pe aceste descoperiri, Ohta și colegii săi plănuiesc acum să investigheze familia CDK5RAP2 – omologii umani ai SPD-5 – pentru a descoperi dacă sunt controlați în aceeași manieră pas cu pas.
„Aceste proteine joacă un rol esențial în creier, iar mutațiile în ele pot duce la tulburări de dezvoltare precum microcefalie”, spune Ohta. „Prin înțelegerea mecanismelor fundamentale care controlează formarea fusului cu o precizie atât de mare, sperăm să obținem perspective importante asupra modului în care erorile în acest proces pot contribui la bolile umane.”
