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A new class of microtubules in the spindle exerting forces on kinetochores

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Una scoperta a livello cellulare crea opportunità per nuovi approcci contro il cancro

Una svolta nella comprensione dei meccanismi alla base della divisione cellulare – e del perché le cose possono andare storte – potrebbe potenzialmente aprire la porta a una nuova generazione di strategie antitumorali.

Ricerca di base

Quando una cellula si divide, forma un fuso costituito da microtubuli. Questi microtubuli fungono da nastri trasportatori all’interno delle cellule, muovendo i cromosomi (strutture composte da molecole di DNA che contengono il nostro materiale genetico) tramite speciali proteine di attacco. I tentativi di comprendere appieno questo processo e il ruolo dei microtubuli nella divisione cromosomica sono stati resi possibili solo di recente grazie alla disponibilità di tecniche di microscopia e di microchirurgia laser all’avanguardia. Approfittando di questi progressi tecnologici, Iva Tolić, professoressa di biologia presso l’Istituto Ruđer Bošković a Zagabria, Croazia e coordinatrice del progetto NewSpindleForce, voleva approfondire la sua ipotesi che una nuova classe di microtubuli, definita «microtubuli a ponte», svolga un ruolo critico in questo processo. «Ero fiduciosa che la comprensione del ruolo dei microtubuli a ponte nei movimenti cromosomici non solo avrebbe fatto luce sul meccanismo di segregazione cromosomica, ma avrebbe anche potuto aprire la porta a nuove strategie antitumorali», osserva. «Il fuso rappresenta già un bersaglio importante per la chemioterapia».

Tecniche all’avanguardia

Il progetto ha sviluppato nuovi metodi per osservare e manipolare i fusi. Questi includevano la microscopia di espansione del fuso, il taglio laser dei microtubuli del fuso per staccarli e la rimozione acuta delle proteine del fuso mediante l’optogenetica. Questa tecnica biologica prevede l’uso della luce per controllare il comportamento delle cellule. «Questi sviluppi tecnologici rappresenteranno risorse preziose per la comunità scientifica», afferma Tolić. Combinando modelli teorici con queste nuove tecnologie, il progetto NewSpindleForce è stato in grado di dimostrare che i microtubuli a ponte esistono effettivamente e svolgono un ruolo fondamentale nel promuovere l’allineamento dei cromosomi al centro del fuso. Gli esperimenti del team hanno inoltre contribuito a identificare un altro meccanismo che guida la segregazione cromosomica nelle cellule umane. «Il nostro lavoro ha dimostrato che i microtubuli a ponte si aprono come la scala a sfilo di un camion dei pompieri», spiega Tolić. «Questa azione di scorrimento aiuta a separare i cromosomi. Quello che abbiamo scoperto è che due tipi di motori mitotici, vale a dire le proteine​che si muovono lungo i microtubuli, guidano lo scorrimento di questi microtubuli a ponte. Questo meccanismo svolge quindi un ruolo fondamentale nella divisione delle cellule umane». Infine, il gruppo del progetto ha scoperto inaspettatamente che il fuso è chirale o asimmetrico. «Abbiamo osservato che i fasci di microtubuli si attorcigliano lungo un percorso elicoidale antiorario», aggiunge Tolić. «Questo ci ha permesso di concludere che all’interno del fuso esistono forze di rotazione, oltre alle forze di spinta e trazione».

Comprendere la divisione cellulare

I nuovi concetti e metodi sviluppati attraverso NewSpindleForce promettono di aumentare la nostra comprensione non solo dei fusi e della divisione cellulare, ma anche del motivo per cui si verificano errori nella segregazione cromosomica. «Abbiamo scoperto che l’alterazione simultanea di due tipi di proteine​motorie porta al fallimento totale della segregazione cromosomica a causa dell’allungamento del fuso bloccato», spiega Tolić. «Tali errori sono caratteristici di diverse malattie gravi. Rivelare le loro origini è di grande interesse e potrebbe potenzialmente portare a nuove applicazioni mediche». Il progetto, finanziato dal CER, ha anche consentito a Tolić di assumere quattro dottorandi, un ricercatore postdottorato, uno scienziato senior e un responsabile di laboratorio. «Questo progetto ha notevolmente contribuito alla carriera di tutti i partecipanti», osserva. «Tre giovani ricercatori hanno conseguito un dottorato di ricerca mentre lavoravano a questo progetto e un ricercatore postdottorato ha ottenuto una posizione di docente assistente». Inoltre, Tolić è fiduciosa che questa ricerca fondamentale costituirà la base per un lavoro importante in futuro sulla divisione cellulare. «Il mio gruppo di ricerca sarebbe sostanzialmente più piccolo senza questo progetto del CER», afferma. «Soprattutto, questo progetto mi ha aiutato a sviluppare nuove idee e metodologie per progetti futuri».

Parole chiave

NewSpindleForce, cellula, cromosoma, fuso, proteine, malattie, cancro, genetica, DNA

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