Το μοντέλο Discovery Upends για τον τρόπο διαίρεσης των κυττάρων παρακολουθεί την ίδια κατανομή των χρωμοσωμάτων τους
*Η μελέτη αποκαλύπτει προηγουμένως άγνωστους ρόλους για συγκρατημένα συμπλέγματα πρωτεϊνών στη διαδικασία κυτταρικής διαίρεσης.*
24 Φεβρουαρίου 2023
Berkeley, CA - Μια ομάδα επιστημόνων με επικεφαλής τους ερευνητές του Πανεπιστημίου της Καλιφόρνιας, Berkeley, έχει ανακαλύψει έναν νέο μηχανισμό που χρησιμοποιούν τα κύτταρα για να εξασφαλίσουν την ομοιόμορφη κατανομή του γενετικού υλικού κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. Το εύρημα, που δημοσιεύθηκε στο περιοδικό *Nature *, αμφισβητεί το μακροχρόνιο μοντέλο του τρόπου με τον οποίο συμβαίνει αυτή η κρίσιμη κυτταρική διαδικασία και θα μπορούσε να έχει επιπτώσεις στην κατανόηση και τη θεραπεία των ασθενειών που προκαλούνται από λάθη στον διαχωρισμό χρωμοσωμάτων, όπως το σύνδρομο Down και ορισμένοι καρκίνοι.
Κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης, ένα κύτταρο πρέπει να αντιγράψει με ακρίβεια και στη συνέχεια να διανείμει τα χρωμοσώματα του - δομές που φέρουν τις γενετικές πληροφορίες του κυττάρου - σε δύο νέα κύτταρα. Το κύτταρο χρησιμοποιεί ένα σύνθετο μηχανισμό πρωτεϊνών για να εξασφαλίσει ότι κάθε νέο κύτταρο καταλήγει με το σωστό συμπλήρωμα χρωμοσωμάτων, αλλά ακριβώς πώς λειτουργεί αυτό το μηχανισμό παραμένει αντικείμενο έντονης επιστημονικής μελέτης.
Η επικρατούσα θεωρία, γνωστή ως μοντέλο "kinetochore-tension", έκρινε ότι εξειδικευμένα συμπλέγματα πρωτεϊνών που ονομάζονται kinetochores, τα οποία σχηματίζονται στην επιφάνεια των χρωμοσωμάτων, αισθάνονται και ανταποκρίνονται στις δυνάμεις που παράγονται κατά τη διάρκεια του διαχωρισμού χρωμοσωμάτων. Όπως οι ομάδες ρυμουλκών-πολέμου που εξισορροπούν τη λαβή τους σε ένα σχοινί, αυτά τα κινετοτόρια θα ασκούσαν δυνάμεις στα χρωμοσώματα έως ότου οι δυνάμεις ήταν ισορροπημένες, υποδεικνύοντας ότι τα χρωμοσώματα ήταν κατάλληλα ευθυγραμμισμένα και έτοιμοι να χωριστούν.
Στη νέα τους μελέτη, η ομάδα υπό την ηγεσία του Berkeley ανακάλυψε ότι ενώ τα kinetochores είναι πράγματι σημαντικά, ένα εντελώς διαφορετικό σύνολο συμπλεγμάτων πρωτεϊνών, που ονομάζεται χρωμοσωμικά επιβατικά σύμπλοκα (CPCs), είναι επίσης κρίσιμα για την παρακολούθηση και τη διόρθωση των λαθών στη διανομή χρωμοσωμάτων. Οι ερευνητές έκαναν αυτή την ανακάλυψη αναπτύσσοντας μια νέα μέθοδο για να μελετήσουν την κυτταρική διαίρεση στον τρισδιάστατο χώρο ενός ζωντανού οργανισμού.
"Τα kinetochores ήταν γνωστό ότι είναι σημαντικά, αλλά εκπλήσσονταν να διαπιστώσουμε ότι οι πρωτεΐνες επιβατών είναι επίσης απαραίτητες για την ανίχνευση σφαλμάτων στον διαχωρισμό του χρωμοσωμάτων. Το έργο μας αλλάζει το παράδειγμα του πώς σκεφτόμαστε αυτή τη θεμελιώδη κυτταρική διαδικασία ", δήλωσε ο επικεφαλής συγγραφέας Ashley Pagliuca, ένας μεταδιδακτορικός ερευνητής του UC Berkeley.
Χρησιμοποιώντας τη νέα μέθοδο απεικόνισης, οι ερευνητές παρακολούθησαν τις κινήσεις των CPC καθώς αλληλεπιδρούν με χρωμοσώματα κατά τη διάρκεια της μίτωσης, τη διαδικασία με την οποία ένα κύτταρο χωρίζεται σε δύο ταυτόσημους θυγατρικούς κύτταρα. Προς έκπληξή τους, διαπίστωσαν ότι οι CPC δεν ήταν μόνο συνεχώς σε κίνηση, αλλά και εξαιρετικά δυναμικές, αλλάζοντας συνεχώς το σχήμα και τη σύνθεσή τους καθώς κινήθηκαν κατά μήκος των χρωμοσωμάτων. Αυτή η δυναμική συμπεριφορά επέτρεψε στα CPC να δοκιμάσουν τις δυνάμεις που παράγονται από τα kinetochores και να εντοπίσουν πότε τα χρωμοσώματα δεν ευθυγραμμίστηκαν σωστά.
"Τα CPCs ενεργούσαν κυριολεκτικά σαν κυτταρικά χέρια, κινούμενοι μπροστά και πίσω κατά μήκος των χρωμοσωμάτων μέχρι να φτάσουν έξω και να αρπάξει σε μικροσωληνίσκους, τα οποία είναι μικροσκοπικά νημάτια που βοηθούν να τραβήξουν τα χρωμοσώματα εκτός", δήλωσε ο συντάκτης της Rebecca Heald, ένας καθηγητής UC Berkeley της μοριακής και της κυτταρικής βιολογίας. "Στη συνέχεια, θα τραβήξουν αυτά τα μικροσωληνίσκια και θα μετακινήσουν χρωμοσώματα γύρω, διορθώνοντας σφάλματα σε ευθυγράμμιση χρωμοσωμάτων".
Σε πειράματα παρακολούθησης, οι ερευνητές μπόρεσαν να αποδείξουν ότι τα CPC ήταν απαραίτητα για τον ακριβή διαχωρισμό των χρωμοσωμάτων κατά τη διάρκεια της κυτταρικής διαίρεσης. Όταν εξαντλούνται CPC από κύτταρα, τα κύτταρα συχνά έκαναν λάθη στην κατανομή των χρωμοσωμάτων, με αποτέλεσμα την ανευπλοειδία - μια κατάσταση στην οποία τα κύτταρα έχουν μη φυσιολογικό αριθμό χρωμοσωμάτων. Αυτά τα αποτελέσματα υποδεικνύουν ότι τα CPC διαδραματίζουν κρίσιμο ρόλο στην πρόληψη της ανευπλοειδούς, γεγονός που μπορεί να οδηγήσει σε αναπτυξιακά ελαττώματα, αποβολές και ορισμένους τύπους καρκίνου.
"Η ανακάλυψή μας ανοίγει νέες οδούς για την κατανόηση των αιτίων της ανευπλοειδούς και για την ανάπτυξη πιθανών θεραπειών για ασθένειες που σχετίζονται με την ανευπλοειδία", δήλωσε ο Pagliuca.
Η έρευνα υποστηρίχθηκε από τα Εθνικά Ινστιτούτα Υγείας, το Εθνικό Ίδρυμα Επιστημών, το Κέντρο Καρκίνου του UCSF και το Ταμείο Memorial Memorial για την Ιατρική Έρευνα της Jane Coffin Childs.
