febrero 14, 2012

La Mitosis: cómo los cromosomas se alinean perfectamente en una célula que se divide

Para resolver un misterio, a veces un gran detective sólo tiene que estudiar las pistas que tiene delante. El prof. Tomomi Kiyomitsu empleo su agudo poder de observación para resolver un rompecabezas que había desconcertado a los investigadores durante años: se observo en una celda el proceso de la división celular mitótica, para detectar las señales internas que causan que los cromosomas se alinean en un eje central.

Los investigadores han estado buscando estas proteínas y a los actores de la mitosis durante décadas, y nadie vio lo que el prof.  Kiyomitsu logro observar, señala un miembro del Instituto White head Iain Cheeseman. "Y es muy claro que estas cosas están sucediendo. Estos son los paradigmas normativos muy importantes que se están instalando por estos ejes de división celular. Y la biología celular con sumo cuidado le permitió ver como esto ocurría. La gente ha estado buscando esto por mucho tiempo, pero quizás nunca con los ojos cuidadosos que ahora han permitido descubrirla.

El Prof. Kiyomitsu, un investigador postdoctoral en el laboratorio de Cheeseman, publicó su obra en una edición reciente de la revista Nature Cell Biology .

El proceso de división mitótica de las células se ha estudiado intensamente durante más de 50 años. Usando microscopía de fluorescencia, los científicos de hoy en día pueden ver como las células son sometidos a proceso de tira y afloja (tug-of-war) a medida que se mueven a través de la mitosis. Las proteínas filiformes, llamadas microtúbulos, se extienden desde uno de los dos polos del huso en cada lado de la celda y su intento para adherirse a los cromosomas duplicados.

Toda esta estructura "cabezal" actúa para distribuir físicamente los cromosomas, pero no esta libre flotando en la célula. Además de los microtúbulos de ambos polos del huso que se adhieren a todos los cromosomas, están los microtúbulos astrales que se conectan a la corteza de las células: una capa de proteína que recubre la membrana celular-actúan para jalar de los polos del huso hacia atrás y hacia adelante dentro de la célula hasta que el husillo y cromosomas se alinean hacia abajo del eje central de la célula. A continuación, los microtúbulos rompen los cromosomas duplicados en el medio, por lo que en última instancia una copia de cada cromosoma termina en cada una de las nuevas células hijas.

El proceso de la mitosis es muy preciso, cuando se trata de la manipulación de ADN, poner las células a punto es un proceso complejo y de mucho cuidado y con buena razón. Ganar o perder un cromosoma durante la división celular puede llevar a la muerte celular, trastornos del desarrollo, o el cáncer.

Cuando Kiyomitsu observaba que la mitosis se despliega en forma simétrica dividiendo las células humanas, se dio cuenta de que cuando el cabezal oscila hacia el centro de la célula, un halo parcial de las líneas de la proteína dineína de la corteza de células aparecía en el lado más alejado del eje. Con los cambios de eje hacia la izquierda, la dineína aparece a la derecha, pero cuando la oscilación del eje es a la derecha, dineína desaparece y reaparece en el lado izquierdo.

Para Kiyomitsu, la clave del misterio de la alineación fue la dineína, que se conoce como una proteína motora que "camina" a lo largo de los microtúbulos cargas moleculares. Kiyomitsu ha determinado que en este caso, la dineína está anclada a la corteza celular por un complejo que incluye la proteína LGN, abreviatura de leucina-glicina-asparagina enriquecido con proteína. En lugar de moverse a lo largo de un microtúbulos astrales, la dineína fijo actúa como un cabrestante para tirar en el polo del huso, y los microtúbulos y los cromosomas unidos a él, hacia la corteza celular.

Kiyomitsu encontrado que cuando un polo del huso viene muy cerca de la corteza de células, una señal de una proteína llamada Polo-quinasa como 1 (Plk1) emana del polo del huso, golpeando la dineína fuera de LGN y la corteza celular, detener el husillo del polo del movimiento hacia adelante, y dineína liberando a moverse hacia el lado opuesto de la célula. Estas oscilaciones continuar con amplitud decreciente hasta que el cabezal se asienta a lo largo del eje central de la célula.

A medida que se descifraba el papel de la dineína en la alineación de husillos, Kiyomitsu se dio cuenta de que una capa de LGN se extiende por todo el córtex celular, excepto en las áreas que están más cerca de los cromosomas. Como los cromosomas van y vienen, dejando el área despejada de los cambios de LGN en respuesta. Debido a que la dineína tiene que anclarse a LGN, esta área despejada asegura que la dineína sólo se puede conectar y sacar a la derecha ya la izquierda de la alineación de los cromosomas, en vez de desde arriba y abajo.

Después de probar un par de moléculas de señalización relacionados con los cromosomas, Kiyomitsu determinó que una señal de los cromosomas, con la participación de la proteína nuclear relacionada con el RAS (RAN), bloques de LGN, y por lo tanto, la dineína se adhería a las células de la corteza más cercana a los cromosomas. RAN fuerza a la guanosina-5'-trifosfato (RAN-GTP), que controla la importación nuclear en la etapa de la interface de la mitosis, que se había sugerido previamente que controla el conjunto del eje durante la mitosis en las células germinales, pero los roles para el gradiente de RAN mitótico en las células no germinales no estaban claros. El trabajo del prof. Kiyomitsu sugiere un papel clave para RAN en la dirección de la orientación del husillo.

Kiyomitsu dice que el eje que los polos del huso recorrer es crucial para las células. La orientación del eje es fundamental para mantener el equilibrio entre las células madre y células maduras durante el desarrollo. Y si esta orientación se convierte en mal regulada o mal regulados, se informa de que esto puede contribuir a causar cáncer, incluso si los cromosomas están bien separados.

Este trabajo fue apoyado por el Centro de Ciencias de la Vida de Massachusetts, el Programa de Becarios de Searle, y la Fundación Fronteras Humanas Ciencias, los Institutos Nacionales de Salud (NIH) / Instituto Nacional de Ciencias Médicas Generales, y la Sociedad Americana del Cáncer.

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