Un recente studio della medicina nordoccidentale pubblicato Nel Giornale di biologia cellulare identificato nuovi meccanismi che causano instabilità genomica o cromosomica durante la divisione cellulare, scoperte che potrebbero migliorare lo sviluppo di biomarcatori e terapie mirate per il cancro.
Affinché le cellule si riproducano con successo, la segregazione cromosomica deve avvenire dopo la replicazione del DNA. Tuttavia, questo processo può anche portare a instabilità genomica, che si verifica quando i cromosomi sono distribuiti in modo errato durante la divisione cellulare, o mitosi, con conseguente scarsa funzione cellulare.
Una struttura a forma di pallone chiamata fuso mitotico viene assemblata all’inizio della mitosi, per fungere da struttura per gli eventi di segregazione cromosomica. Quando le cellule si riproducono correttamente, i cromosomi si condensano e si attaccano alle estremità dei microtubuli del fuso mitotico, un componente importante del citoscheletro cellulare che supporta la divisione cellulare così come la migrazione cellulare, il trasporto intracellulare e il citoscheletro.
“C’è un’instabilità alle estremità dei microtubuli del fuso nei monomeri proteici della tubulina che vengono costantemente aggiunti e rimossi, quindi non è una struttura statica, e quindi è necessario collegare i cromosomi a questa struttura dinamica. Questa è una struttura molto compito difficile e, cosa più importante, i meccanismi di come ciò avvenga nelle cellule dell’umanità sono sconosciuti Dilip Varma, Ph.DAssistente Professore Biologia cellulare e crescita e autore senior dello studio.
Il lavoro precedente ha dimostrato che la proteina Ndc80 è essenziale affinché i cromosomi si attacchino ai microtubuli e due proteine aggiuntive – Cdt1 e Ska1 – aiutano separatamente Ndc80 a legarsi o “accoppiarsi” alle estremità dei microtubuli. Questo “accoppiamento”, secondo Varma, è fondamentale perché altrimenti i cromosomi sono costantemente separati dalle estremità dei microtubuli, il che può portare a mutazioni cellulari dannose o problemi con il dosaggio genico derivanti dall’acquisizione o dalla perdita di cromosomi.
“La formazione di un attaccamento non è sufficiente; deve essere saldamente accoppiato alle estremità di questi microtubuli, e se i cromosomi non sono attaccati a questa struttura, non si separano correttamente nelle due cellule nascenti”, ha detto Varma, che è anche lui un membro del Centro Robert H. Cancro completo di Lowry dalla Northwestern University.
Nel presente studio, il team farmaceutico ha sviluppato un nuovo approccio che prevede l’attaccamento di un degron, un “tag” di sequenze di amminoacidi, alla fine delle proteine desiderate, e quindi l’utilizzo dell’editing del genoma CRISPR, sostituendo il gene desiderato sul cromosoma con copie dello stesso gene con il temp ad esso collegato.
Questo approccio ha permesso ai ricercatori di inibire con precisione la funzione della proteina Cdt1 durante la mitosi senza interferire con la sua funzione di replicazione del DNA, secondo Varma.
Oltre ad agire durante la coniugazione cromosoma-microtubulo, Cdt1 ha anche dimostrato di essere importante per la replicazione del DNA.
Utilizzando questo e altri nuovi approcci, i ricercatori hanno scoperto che durante la segregazione e la scissione dei cromosomi, la proteina Ska1 dirige Cdt1 alle estremità dei microtubuli per legarsi a questa struttura, e quindi ciascuna di queste due proteine si unisce a Ndc80 nei cinetocori, le strutture proteiche che collegare i cromosomi ai microtubuli, per formare un complesso.Il più grande forma l’unità di coniugazione di cromosomi e microtubuli.
“La formazione di questo complesso tripartito di Ndc80, Cdt1 e Ska1 consente ai cinetocori di accoppiare fortemente le estremità dei microtubuli, e questo è davvero ciò che causa questo continuo accoppiamento di cromosomi per periodi più lunghi e per distanze maggiori senza separazione all’interno della cellula mitotica”, ha detto Varma.
Secondo Varma, le scoperte del suo team forniscono maggiori informazioni sulla complessità della divisione cellulare e potrebbero contribuire a migliorare lo sviluppo di biomarcatori e terapie mirate per il cancro, come gli inibitori di piccole molecole.
“Quando prendi di mira una proteina come Cdt1 per curare il cancro, ci sono alcuni aspetti unici della proteina che la aiutano a essere un candidato migliore che no, e questa è principalmente la disponibilità o la presenza di domini strutturali più piccoli contro i quali puoi sviluppare farmaci per bloccarli, “, ha detto Pharma.
Amit Rahi, PhD, borsista postdottorato presso il Pharma Lab, è stato il co-primo autore dello studio.
Questo lavoro è stato sostenuto dal National Institute of General Medical Sciences Grant R01GM135391.
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