Hrvatski znanstvenici objašnjavaju kako stanica gradi nosivu konstrukciju za kromosome

Grupe znanstvenika prof. dr. sc. Ive Tolić s Instituta Ruđer Bošković, dr. sc. Nenada Pavina s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta u Zagrebu u suradnji s grupom prof. Marina Barišića s Danskog centra za istraživanje raka u Kopenhagenu objavila je u časopisu Nature rad o novom dostignuću u području proučavanja diobenog vretena. Odnosno, u novom su radu opisali kako je suradnja kinetohora i mikrotubula ključna u sastavljanu diobenog vretena i određivanju kretanja kromosoma tijekom stanične diobe.

Posebna je vrijednost ovog istraživanja što su ga provodili dokorandi iz spomenutih znanstvenih grupa a Jurica Matković iz grupe prof. Tolić koji je prvi autor te je napravio veći dio eksperimenata za stvaranja rada bio još diplomski student. U radu se može pronaći i jedno objašnjenje nastajanja tumorskih stanica. Kako se navodi u priopćenju o ovom radu, 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.

- Tehnologija je općenito važna u prirodnim znanostima jer nova tehnologija omogućuje nove vrste eksperimenata koji dovode do otkrića. Za naša je istraživanja najvažnija tehnologija vezana uz svjetlosnu mikroskopiju uz pomoć koje se mogu promatrati stanice. Upravo je za takvu vrstu mikroskopije dobivena Nobelova nagrada 2014. godine koju su dobili Eric Betzig, Stefan Hell i William Moerner za pomicanje granica mikroskopije tako da je mikroskopija postala nanoskopija jer se novim metodama koje su oni razvili mogu razlučiti puno manje strukture nego prije, veličine samo nekoliko nanometara. Najmoderniji mikroskopi bazirani na ovim metodama omogućuje nam da vidimo sitne dijelove stanice koji su do sada bili nedostupni te tako dođemo do informacija koje bismo inače mogli samo posredno dobiti, objasnila nam je prof. Tolić.

Rezultati, koje je objavio ovaj interdisciplinarni istraživački tim, iznimno su važni jer doprinose razumijevanju diobe stanice i bolesti povezanih s ovim važnim procesom. Objašnjeno je kako su naša 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. U ovom se radu pojašnjava kako se formiraju premošćujući snopovi sastavljeni od mikrotubula koji povezuju dva pola vretena.

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. Fiziku formiranja snopova mikrotubula proučavala je grupa prof. Nenada Pavina s PMF-a, gdje je poslijedoktorand Subhadip Ghosh razvio teorijski model koji omogućuje identificiranje uvjeta neophodnih za stvaranja snopova. Budući da se radi o složenenom procesu, minimalni je model koristan za razumijevanje međudjelovanja mikrotubula, kinetohora, kromosoma i proteina umreživača, te njihovih uloga u formiranju snopova. Rezultati modela podupiru glavnu hipotezu da privlačni i odbojni mehanizmi koji su otkriveni u eksperimentima pokreću stvaranje snopova mikrotubula.

- Kako bismo mogli otkriti ove složene procese naš je istraživački tim osmislio nove pristupe i razvio bolje metode za promatranje diobenog vretena. Brzo snimanje mikrotubula u poprečnom presjeku diobenog vretena omogućilo nam je praćenje dinamike preraspoređivanja mikrotubula u živoj stanici. Naime, to do sada nije bilo moguće postići konvencionalnim pristupima zbog velikog broja mikrotubula i velike brzine kojom se oni reorganiziraju. Uz pomoć superrezolucijske STED mikroskopije mladi su istraživači uspjeli analizirati do sada neviđene arhitekture mikrotubula u najranijim fazama diobe stanice, objašnjava prof. Tolić.

Funkcionalna važnost ovog koncepta jasna je u kontekstu pravilne podjele kromosoma, s obzirom na to da je doktorandica Mateja Ćosić iz grupe prof. Tolić u ovom radu pokazala da nepravilno formiranje snopova dovodi do pogrešaka u podjeli kromosoma zbog neuspjeha u ispravljanju nepravilnih veza između mikrotubula i kinetohore. Autori predlažu da kinaza Aurora B ne samo da potiče stvaranje preklapajućih snopova aktiviranjem motornih proteina, nego koristi te iste snopove kao staze za kretanje prema kinetohorama kako bi tamo ispravila pogrešne veze. Nepravilni i pretanki snopovi dovode do zaostajanja pojedinih kromosoma, zbog čega jedna stanica kći može dobiti previše kromosoma, a druga premalo. Pogrešan broj kromosoma karakterističan je za tumorske stanice i povezan je s nastajanjem metastaza.

- Saznanja o diobenom vretenu i procesima koji se odvijaju unutar njega donijela su važne napretke u liječenju tumora. Kemoterapijski lijekovi koji djeluju na mikrotubule onemogućuju pravilan rast i funkciju mikrotubula i diobenog vretena, što dovodi do smrti stanica. Kemoterapijski lijekovi koji ciljaju diobeno vreteno kao što su derivati taksola već su se pokazali učinkovitima u liječenju različitih vrsta raka, uključujući rak dojke, rak prostate i rak pluća. Osim toga razumijevanje procesa koji se odvijaju unutar diobenog vretena također je pomoglo u razvoju novih terapijskih strategija. Na primjer, terapije ciljane na proteine koji prepoznaju i popravljaju pogrešne veze kromosoma i mikrotubula, čije je ponašanje proučavano i u ovom radu, trenutno su u kliničkim ispitivanjima, kaže nam prof. Tolić koja je voditeljica istraživanja na IRB-u.
No, ovo nije i posljednje što će se istraživati kada se o diobenim vretenima radi.

- Ovo je istraživanje otvorilo pitanje o ispravljanju pogrešnih veza kromosoma, koje, ako se ne isprave, dovode to toga da jedna stanica kći dobije previše kromosoma, a druga premalo. Upravo se to često događa u tumorskim stanicama i povezano je s nastajanjem metastaza. Zato ćemo sada istražiti kako stanica ispravlja te pogrešne veze, kako molekule koje izvode popravke dolaze do mjesta gdje se nalaze pogrešne veze i kako ih razlikuju od ispravnih veza, rekla nam je prof. Tolić.