Kako stanica gradi nosivu konstrukciju za kromosome?

Istraživači iz grupe prof. dr. sc. Ive Tolić s Instituta Ruđer Bošković (IRB) u suradnji s kolegama s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu (PMF), te hrvatskim znanstvenicima u dijaspori, u novom su radu opisali kako je suradnja kinetohora i mikrotubula ključna u sastavljanu diobenog vretena i određivanju kretanja kromosoma tijekom stanične diobe.

Do ovih su rezultata znanstvenici došli primjenom znanja iz stanične biologije i teorijske fizike te zahvaljujući novim pristupima i metodama stanične mikroskopije koje su razvili za potrebe ovog istraživanja, a koji su im omogućili proučavanje do sada neviđenih struktura diobenog vretena u najranijim fazama diobe stanice.

Rezultati, koje je objavio ovaj interdisciplinarni istraživački tim, iznimno su vrijedni jer doprinose razumijevanju diobe stanice i bolesti povezanih s ovim važnim procesom.

Kako se kromosomi organiziraju tijekom diobe stanice?
Naša su tijela izgrađena od oko stotinu bilijuna pojedinačnih stanica koje su nastale diobom iz jedne jedine stanice. Za diobu je odgovorno diobeno vreteno, dinamični mikrostroj sastavljen od proteinskih cjevčica mikrotubula. Iako je sastavljanje diobenog vretena ključno za pravilnu podjelu kromosoma, taj proces zbog svoje složenosti nije bio u potpunosti razjašnjen.

Diobeno vreteno ima jedinstvenu arhitekturu koja se sastoji od ravnomjerno raspoređenih snopova mikrotubula - kinetohornih snopova, koji su vezani na kromosome, i premošćujućih snopova sastavljenih od mikrotubula, koji povezuju dva pola vretena preklapanjem u sredini.

Dok se formiranje kinetohornih vlakana već dugo istražuje u brojnim laboratorijima diljem svijeta, način na koji se slažu premošćujući snopovi ostao je nepoznat. Bez ovih premošćujućih snopova diobena vretena završavaju u obliku zvjezdice koja ne može razdvojiti kromosome. Ovo je dokaz da premošćujući snopovi imaju neizostavnu ulogu u diobi stanice.

Kako bi razjasnili stvaranje premošćujućih snopova mikrotubula, grupa prof. Ive Tolić se udružila s grupom prof. Marina Barišića s Danskog centra za istraživanje raka u Kopenhagenu i grupom prof. Nenada Pavina s PMF-a u sklopu projekta Hrvatske zaklade za znanost (HrZZ) pod programom poticanja suradnje s hrvatskim znanstvenicima u dijaspori.

Projekt je uspješno završen objavom rezultata interdisciplinarnog istraživanja u kojem su, kombinirajući staničnu biologiju i teorijsku fiziku, istraživači otkrili fazni prijelaz mikrotubula iz rijetke mrežaste strukture u guste, dobro odijeljene i pravilno organizirane snopove diobenog vretena.

Eksperimenti koje je proveo student Jurica Matković pokazali su da se taj prijelaz događa zbog toga što se motorni proteini na kinetohorama, koje se nalaze na središnjem dijelu svakog kromosoma, vežu na mikrotubule.

Za vezanje je potrebna aktivacija motornih proteina putem kinaze Aurore B, proteina koji ima višestruke uloge tijekom diobe stanice. Ovaj rezultat su eksperimentima baziranim na mutantima motornog proteina dokazali istraživači pod vodstvom prof. dr. sc. Marina Barišića.

Kad se motorni proteini vežu na mikrotubule, proteini umreživači međusobno povežu mikrotubule u snop pričvršćen za kinetohoru. Da se pak svi mikrotubuli ne udruže u jedinstven snop odgovorno je međusobno odbijanje kondenziranih kromosoma koji se odguruju jedni o druge na ekvatorijalnoj ravnini vretena i tako dovode do razdvajanja snopova na koje su vezani i širenja strukture u karakterističan oblik vretena. Ovaj novi mehanizam stvaranja snopova relevantan je ne samo za strukture temeljene na mikrotubulima, već i za samoorganizaciju citoskeleta općenito.