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I biologi molecolari delucidano il ruolo chiave delle proteine del motore nella divisione cellulare

La segregazione adeguata del cromosoma in due cellule figlie future richiede il fuso di prolungare nell'anafase. Tuttavia, sebbene alcune proteine del candidato siano implicate in questo trattamento, il meccanismo molecolare che l'allungamento dell'asse di rotazione di unità in cellule umane è stato sconosciuto, finora! I ricercatori all'istituto croato di Ruđer Bošković (RBI) hanno scoperto il meccanismo molecolare esatto di gettare un ponte sullo scivolamento dei microtubuli e sul suo ruolo nella distribuzione adeguata di materiale genetico durante la divisione cellulare. Questi ultimi risultati sono stati pubblicati nella cella inerente allo sviluppo del giornale scientifico (SE: 10,092).

La divisione cellulare è un trattamento fondamentale richiesto per la trasmissione stabile di informazioni genetiche da una cellula madre a due cellule figlie. Sorella specie a parte dei cromatidi nelle cellule figlie future durante l'anafase dalla riduzione della fibra del kinetochore (anafase A) e dall'allungamento dell'asse di rotazione (anafase B).

Inoltre, l'importanza dell'allungamento dell'asse di rotazione in cellule umane è evidente dal fatto che oltre ad essere il driver principale del movimento del cromosoma, promuove la segregazione corretta dei cromosomi di rivestimento isolante ed i sui difetti correlano con cancro.

Poiché questo è uno dei punti chiave nella divisione cellulare, che si presenta in quasi tutti gli organismi, il meccanismo molecolare che l'allungamento dell'asse di rotazione di unità è stato nel riflettore della ricerca intensiva per molte decadi ora. Sebbene ci sia stato una certa innovazione importante fatta durante i venti anni ultimi, quello fa luce sui meccanismi molecolari dietro il trattamento dell'allungamento, i ricercatori non è riuscito ad identificare le proteine esatte in questione nell'auto-allungamento dell'asse di rotazione in cellule umane.

Tuttavia, il gruppo del biologo molecolare all'istituto croato di Ruđer Bošković - il Dott. Kruno Vukušić, gli studenti di laurea Ivana Ponjavić, Patrik Risteski ed il Dott. Renata Buđa, piombo da prof. Iva Tolić, ha scoperto che due moduli scorrevoli meccanicistico distinti, uno basato su un kinesin autonomo e l'altro su un motore crosslinker-assistito di kinesin, alimentano il meccanismo dell'allungamento dell'asse di rotazione in cellule umane.

Speriamo che questi risultati incoraggino la nuova ricerca sul ruolo dell'allungamento dell'asse di rotazione alle tappe finali di divisione cellulare, quando la cella completa la divisione fra le cellule figlie formate di recente. Credo che questi risultati siano appena il primo punto su un percorso di delucidamento dei meccanismi di controllo complessi che agiscono dietro queste proteine del motore, quella funzionino sotto controllo rigoroso di molti altri fattori nella cella. Inoltre, il principio di cooperazione fra queste proteine del motore, quel abbiamo descritto, potremmo aiutare altri scienziati nella determinazione dei meccanismi molecolari in altri trattamenti cruciali delle cellule.„

Il professor Iva Tolić, guida di ricerca

Che meccanismi molecolari sono responsabili dell'allungamento dell'asse di rotazione?

Il fuso è determinante per il trattamento di divisione cellulare. È una struttura cellulare dinamica e complessa fatta dei microtubuli e delle proteine associate. Oltre a fornire il supporto strutturale all'interno delle celle, fra molti altri ruoli, questi microtubuli forniscono i cingoli per le proteine del motore, che trasportano i cromosomi con il nostro materiale genetico e li posizionano nel centro del fuso. Sono assistiti dalle proteine speciali dell'microtubulo-associazione e del motore.

Dopo tutto i cromosomi sono stati connessi con successo ai microtubuli su entrambi i lati del fuso, l'obbligazione fra la sorella che i cromatidi, che compongono il cromosoma, riparte ed i cromatidi cominciano il loro viaggio alle due metà distanti del fuso. Allo stesso tempo, il fuso comincia a prolungare più ulteriormente per contribuire alla rimozione fisica dei cromatidi, che è l'obiettivo finale di tutto il trattamento di divisione.

“Abbiamo voluto capire quali proteine del motore sono responsabili dell'allungamento del fuso nell'anafase, in modo da abbiamo sviluppato un insieme degli strumenti per eliminare le diversi proteine e gruppi di proteine ad un momento specifico, appena prima l'allungamento dell'asse di rotazione. Egualmente abbiamo usato i vari metodi, alcuni di cui abbiamo adattato per la prima volta allo studio del fuso, che ha permesso che noi studiassimo l'organizzazione dei microtubuli nella parte centrale del fuso. Abbiamo usato i metodi che permettono al video molto rapido dei cambiamenti dinamici nel gettare un ponte sui microtubuli, struttura che precedentemente abbiamo indicato per essere cruciali per la segregazione adeguata del cromosoma in cellule umane.„ spiega il Dott. Kruno Vukušić, collega postdottorale nel laboratorio di Tolić, che è uno dei primi autori su questo documento insieme al suo collega Ivana Ponjavić.

Il ruolo chiave delle proteine KIF11 e KIF4A del motore

“Applicando l'approccio di fare tacere simultaneo della funzione delle proteine multiple del motore, abbiamo voluto scoprire una rete potenziale dei sistemi indipendenti della proteina del motore coinvolgere nel corso dell'allungamento del fuso. Usando questo approccio, abbiamo osservato che dopo rimozione simultanea dell'attività di proteina KIF11 e della proteina di KIF4A, l'allungamento dell'asse di rotazione non si presenta affatto, a differenza delle loro diverse perturbazioni, in modo da significa che il lavoro combinato di queste proteine è cruciale per l'allungamento. Ciò è il primo caso di fermata dell'allungamento del fuso tramite rimozione delle proteine specifiche del motore in cellule umane. Inoltre, abbiamo veduto che la proteina di KIF4A dipende dalla proteina PRC1 per localizzare gettare un ponte sulle fibre, in modo dallo stesso effetto può essere ottenuto facendo tacere la proteina PRC1 combinata con inibizione della proteina del motore KIF11.„ dice Patrik Risteski, uno studente di laurea ed uno degli autori del documento.

Ulteriori esperimenti hanno dimostrato che le proteine indipendenti KIF11 e KIF4A del motore partecipano specificamente allo scivolamento del gettare un ponte sui microtubuli, che poi spingono i pali del fuso l'uno dall'altro. Ciò conferma che il loro ruolo nello scivolamento dei gruppi antiparalleli del microtubulo egualmente si presenta in celle di anafase, poiché lo stesso è stato indicato nei lavori precedenti soltanto in vitro.

“Questi risultati piombo noi concludere che l'anafase B è un trattamento determinato dai sistemi indipendenti della proteina del motore che hanno i meccanismi abbastanza differenti di atto e meccanismi di controllo probabilmente differenti. Ciò significa che la cella si assicura mediante l'uso di successo molto alto indipendente dei moduli di questo trattamento, che non è sorprendente, poiché è uno dei trattamenti più rischiosi per il destino delle cellule figlie future che sorgono come conseguenza della divisione della cella di madre.

Questo lavoro ha indicato che le conseguenze dell'allungamento infruttuoso del fuso sono devastanti per la divisione delle cellule umane e dell'eredità correttamente saldata di materiale genetico.„ conclude il professor Iva Tolić.

Source:
Journal reference:

Vukušić, K., et al. (2021) Microtubule-sliding modules based on kinesins EG5 and PRC1-dependent KIF4A drive human spindle elongation. Developmental Cell. doi.org/10.1016/j.devcel.2021.04.005.