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Os biólogos moleculars explicam o papel chave de proteínas do motor na divisão de pilha

A segregação apropriada do cromossoma em duas pilhas de filha futuras exige o eixo mitotic prolongar-se na anafase. Contudo, embora algumas proteínas do candidato sejam implicadas neste processo, o mecanismo molecular que o alongamento do eixo de movimentações em pilhas humanas foi desconhecido, até aqui! Os pesquisadores no instituto croata de Ruđer Bošković (RBI) descobriram o mecanismo molecular exacto de construir uma ponte sobre o deslizamento dos microtubules e o seu papel na distribuição apropriada do material genético durante a divisão de pilha. Estes os resultados os mais atrasados foram publicados na pilha desenvolvente do jornal científico (SE: 10,092).

A divisão de pilha é um processo fundamental exigido para a transmissão estável da informação genética de uma pilha do pai a duas pilhas de filha. Segregate dos cromatídeo da irmã nas pilhas de filha futuras durante a anafase pela gordura da fibra do kinetochore (anafase A) e alongamento do eixo (anafase B).

Além disso, a importância do alongamento do eixo em pilhas humanas é evidente do facto que além do que ser o motorista principal do movimento do cromossoma, ele promove a segregação correcta de cromossomas do retardamento, e seus defeitos correlacionam com o cancro.

Desde que esta é uma das etapas chaves na divisão de pilha, que ocorre em quase todos os organismos, o mecanismo molecular que o alongamento do eixo de movimentações estêve no projector da pesquisa intensiva por muitas décadas agora. Embora houvesse alguma descoberta importante feita nos últimos vinte anos, essa luz da vertente nos mecanismos moleculars atrás do processo do alongamento, os pesquisadores não controlou identificar as proteínas exactas envolvidas no auto-alongamento do eixo em pilhas humanas.

Contudo, a equipe do biólogo molecular no instituto croata de Ruđer Bošković - o Dr. Kruno Vukušić, estudantes doutorais Ivana Ponjavić, Patrik Risteski e Dr. Renata Buđa, conduzido pelo prof. Iva Tolić, descobriu que dois módulos deslizantes mechanistically distintos, um baseado em um kinesin autónomo e o outro em um motor crosslinker-ajudado do kinesin, põem o mecanismo do alongamento do eixo em pilhas humanas.

Nós esperamos que estes resultados incentivarão a pesquisa nova no papel do alongamento do eixo nos passos finais da divisão de pilha, quando a pilha termina a divisão entre as pilhas de filha recentemente formadas. Eu acredito que estes resultados são apenas a primeira etapa em um trajecto de explicar os mecanismos de controle complexos que actuam atrás destas proteínas do motor, de que se operam sob o controle restrito de muitos outros factores na pilha. Além disso, o princípio de cooperação entre estas proteínas do motor, esse nós descrevemos, poderíamos ajudar outros cientistas em determinar mecanismos moleculars em outros processos cruciais da pilha.”

Professor Iva Tolić, líder da pesquisa

Que mecanismos moleculars são responsáveis para o alongamento do eixo?

O eixo mitotic é crucial ao processo de divisão de pilha. É uma estrutura celular dinâmica e complexa feita dos microtubules e de proteínas associadas. Além do que o fornecimento do apoio estrutural dentro das pilhas, entre muitos outros papéis, estes microtubules fornecem trilhas para as proteínas do motor, que transportam cromossomas com nosso material genético e os posicionam no centro do eixo mitotic. São ajudados pelo motor especial e por proteínas microtubule-obrigatórias.

Os cromossomas foram conectados afinal com sucesso aos microtubules em ambos os lados do eixo mitotic, a ligação entre a irmã que os cromatídeo, que compo o cromossoma, dividem e os cromatídeo começam sua viagem nas duas metades distantes do eixo mitotic. Ao mesmo tempo, o eixo mitotic começa a prolongar-se para contribuir mais à remoção física dos cromatídeo, que é o objetivo final de todo o processo da divisão.

“Nós quisemos compreender que proteínas do motor são responsáveis para o alongamento do eixo mitotic na anafase, assim que nós desenvolvemos um grupo de ferramentas para remover as proteínas e os grupos individuais de proteínas em uma estadia específica, imediatamente antes do alongamento do eixo. Nós igualmente usamos vários métodos, alguns de que nós nos adaptamos pela primeira vez ao estudo do eixo mitotic, que permitiu que nós estudassem a organização dos microtubules na parte central do eixo mitotic. Nós usamos os métodos que permitem a monitoração muito rápida de mudanças dinâmicas em construir uma ponte sobre microtubules, estrutura que nós temos mostrado previamente para ser cruciais para a segregação apropriada do cromossoma em pilhas humanas.” explica o Dr. Kruno Vukušić, companheiro pos-doctoral no laboratório de Tolić, que é um dos primeiros autores neste papel junto com seu colega Ivana Ponjavić.

O papel chave das proteínas KIF11 e KIF4A do motor

“Aplicando a aproximação do silêncio simultâneo da função de proteínas múltiplas do motor, nós quisemos descobrir uma rede potencial dos sistemas independentes da proteína do motor envolvidos em processo do alongamento mitotic do eixo. Usando esta aproximação, nós observamos que após a remoção simultânea da actividade da proteína KIF11 e da proteína de KIF4A, o alongamento do eixo não ocorre de todo, ao contrário de suas perturbação individuais, assim que significa que o trabalho combinado destas proteínas é crucial para o alongamento. Este é o primeiro exemplo de parar o alongamento do eixo mitotic pela remoção de proteínas específicas do motor em pilhas humanas. Além, nós vimos que a proteína de KIF4A depende da proteína PRC1 para localizar a construção de uma ponte sobre de fibras, assim que o mesmo efeito pode ser obtido silenciando a proteína PRC1 combinada com a inibição da proteína do motor KIF11.” diz Patrik Risteski, um estudante doutoral e um dos autores do papel.

Umas experiências mais adicionais demonstraram que as proteínas independentes KIF11 e KIF4A do motor participam especificamente no deslizamento de construir uma ponte sobre os microtubules, que empurram então os pólos do eixo mitotic de se. Isto confirma que seu papel no deslizamento de pacotes antiparalelos do microtubule igualmente ocorre em pilhas da anafase, desde que o mesmo foi mostrado nos trabalhos anteriores somente in vitro.

“Estes resultados conduziram-nos concluir que a anafase B é um processo conduzido pelos sistemas independentes da proteína do motor que têm mecanismos bastante diferentes da acção e mecanismos de controle provavelmente diferentes. Isto significa que a pilha assegura pelo uso do sucesso muito alto independente dos módulos deste processo, que não é surpreendente, desde que é um dos processos os mais arriscados para o destino das pilhas de filha futuras que elevaram em conseqüência da divisão da pilha de matriz.

Este trabalho mostrou que as conseqüências do alongamento mal sucedido do eixo mitotic são devastadores para a divisão de pilhas humanas e da herança correctamente equilibrada do material genético.” conclui o 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.