Odkrycie w obrębie komórki daje nadzieję na opracowanie nowych terapii antynowotworowych
Podczas podziału komórki dochodzi do uformowania w niej wrzeciona podziałowego zbudowanego z mikrotubul. Mikrotubule te działają niczym przenośnik pasowy wewnątrz komórki i za pomocą specjalnych białek przyłączających przenoszą chromosomy – struktury zawierające cząsteczki DNA z naszym materiałem genetycznym. Dopiero niedawno stało się możliwe podjęcie prób pełnego zrozumienia tego procesu oraz roli, którą w podziale chromosomu odgrywają mikrotubule, a to za sprawą dostępności najnowszych osiągnięć w zakresie mikroskopii oraz technik mikrochirurgii laserowej. Właśnie z pomocą tych osiągnięć techniki Iva Tolić, profesor biologii w Instytucie Ruđera Boškovića w Zagrzebiu (Chorwacja) oraz koordynator projektu NewSpindleForce, postanowiła zweryfikować postawioną hipotezę, że nowa klasa mikrotubul – nazwanych przez nią „mikrotubulami mostkowymi” (ang. bridging microtubules) – odgrywa w tym procesie zasadniczą rolę. „Byłam pewna, że zrozumienie roli mikrotubul mostkowych w ruchu chromosomów nie tylko rzuci światło na mechanizm rozdzielania chromosomu, lecz także wskaże kierunek badań nad nowymi strategiami w zakresie leczenia raka”, zauważa badaczka. „Wrzeciono już stanowi istotny cel chemioterapii”.
Najnowsze techniki
W ramach projektu opracowano nowe metody prowadzenia obserwacji wrzecion i manipulowania nimi. Są to rozwój mikroskopii wrzeciona, laserowe odcinanie mikrotubul wrzeciona, aby je rozłączyć, i ostre usunięcie białek wrzeciona za pomocą metod optogenetyki. Ta technika biologiczna zakłada wykorzystanie światła w celu kontrolowania zachowań komórki. „Nowe rozwiązania technologiczne zostaną z pewnością docenione przez społeczność naukową”, mówi Tolić. Łącząc modele teoretyczne z nowymi technologiami, badacze pracujący nad projektem NewSpindleForce zdołali wykazać, że mikrotubule mostkowe rzeczywiście istnieją i odgrywają znaczącą rolę w promocji wyrównania chromosomu w centrum wrzeciona. Doświadczenia prowadzone przez badaczy pozwoliły też wskazać inny mechanizm napędzający podział chromosomu w komórkach ludzkiego ciała. „Nasze prace wykazały, że mikrotubule mostkowe rozsuwają się na boki niczym drabina strażacka”, wyjaśnia Tolić. „Właśnie ten ruch ułatwia chromosomom podział. Odkryliśmy też, że istnieją dwa rodzaje motorycznych białek mitotycznych, czyli takich, które poruszają się wzdłuż mikrotubuli, umożliwiające takie rozsunięcie mikrotubuli mostkowych. To właśnie ten mechanizm odgrywa zasadniczą rolę w podziale ludzkiej komórki”. Wreszcie zespół dokonał też niespodziewanego odkrycia – wrzeciono ma budowę chiralną, czyli asymetryczną. „Zaobserwowaliśmy, że wiązki mikrotubul skręcają się spiralnie w lewą stronę”, dodaje Tolić. „Dzięki tej obserwacji doszliśmy do wniosku, że na wrzeciono muszą działać – poza siłami ściskającymi i rozciągającymi – także siły obrotowe”.
Jak dzielą się komórki?
Nowe koncepcje powstałe w wyniku prac nad projektem NewSpindleForce oraz wykorzystane w tym czasie metody dają nadzieję na lepsze zrozumienie nie tylko mechanizmu podziału wrzeciona i komórki, lecz także na wyjaśnienie, dlaczego dochodzi do błędów podczas podziału chromosomu. „Odkryliśmy, że jednoczesne rozerwanie dwóch typów białek motorycznych prowadzi do całkowitego niepowodzenia podziału chromosomów w wyniku blokady procesu wydłużania wrzeciona”, wyjaśnia Tolić. „Takie błędy są charakterystyczne dla kilku poważnych chorób. Ujawnienie ich pochodzenia jest bardzo interesujące i może potencjalnie doprowadzić do powstania nowych terapii”. Projekt finansowany przez ERBN umożliwił również Tolić zatrudnienie czterech doktorantów, naukowca ze stopniem doktora, starszego badacza i kierownika laboratorium. „Ten projekt w znacznym stopniu przyczynił się do rozwoju kariery wszystkich uczestników”, zauważa uczona. „Podczas pracy nad tym projektem trzech młodych naukowców uzyskało stopień doktora, a doktor otrzymał stanowisko adiunkta”. Badaczka jest także przekonana, że te badania podstawowe dadzą podwaliny pod przyszłe ważne prace nad podziałem komórek. „Gdyby nie projekt ERBN, mój zespół badawczy byłby znacznie skromniejszy”, dodaje. „Dla mnie najważniejsze jest to, że dzięki temu projektowi mogłam rozwinąć nowe koncepcje i metodologię badawczą, z której będę mogła korzystać w przyszłości”.
Słowa kluczowe
NewSpindleForce, komórka, chromosom, wrzeciono, białka, choroby, rak, genetyczny, DNA
