Divisione cellulare-immagine credit public domain.
Gli scienziati dell’Istituto Ruđer Bošković (RBI) di Zagabria, in Croazia, hanno scoperto che la proteina CENP-E, a lungo ritenuta un motore che trascina i cromosomi in posizione durante la divisione cellulare, in realtà svolge un ruolo completamente diverso nel movimento dei cromosomi. Stabilizza i primi attacchi dei cromosomi ai “binari” interni della cellula, assicurandone il corretto allineamento prima della divisione.
In uno studio correlato, gli scienziati hanno scoperto che piccole strutture all’interno delle nostre cellule, chiamate centromeri, che un tempo si pensava funzionassero in modo indipendente, aiutano a guidare questa proteina chiave che garantisce la corretta divisione cellulare. Queste scoperte ribaltano due decenni di conoscenze sui libri di testo e hanno importanti implicazioni per le scienze della vita, poiché gli errori in questo processo sono alla base di molti tumori e malattie genetiche.
Ogni secondo, trilioni di volte, il tuo corpo compie qualcosa di a dir poco miracoloso. Una singola cellula si prepara a dividersi, portando con sé tre miliardi di lettere di DNA, e in qualche modo assicura che entrambe le cellule figlie ricevano copie perfette.
Se questo equilibrio si rompe, le conseguenze sono immediate e disastrose. Un singolo cromosoma fuori posto può compromettere lo sviluppo, alimentare l’infertilità o innescare il cancro. La divisione cellulare è uno dei giochi più spietati della biologia.
Per anni, gli scienziati hanno pensato di aver identificato almeno uno dei suoi attori chiave: CENP-E, descritto come un motore da lavoro che trascina i cromosomi vaganti al centro della cellula per una divisione ordinata. La storia era chiara, elegante e sbagliata.
Due nuovi studi dell’RBI, pubblicati su Nature Communications e guidati dal Dott. Kruno Vukušić e dalla Professoressa Iva Tolić, hanno smantellato quel modello e proposto nuovi metodi di regolazione. Il Dott. Vukušić, astro nascente della biologia cellulare, ha completato la sua formazione post-dottorato in un prestigioso team ERC Synergy e si sta preparando a fondare il proprio gruppo di ricerca presso l’RBI. Il Prof. Tolić, biologo cellulare di fama mondiale e Direttore del Laboratorio di Biofisica Cellulare dell’RBI, ha ricevuto due finanziamenti ERC ed è membro dell’EMBO e dell’Academia Europaea. Insieme, la loro competenza e la loro visione hanno guidato questa ricerca rivoluzionaria, rivelando che CENP-E non è il “muscolo” dell’operazione, ma il regolatore chiave mancante: il fattore che attiva l’interruttore al momento giusto, consentendo alla coreografia cellulare di dispiegarsi.
“Il CENP-E non è il motore che trascina i cromosomi verso il centro. È il fattore che garantisce che possano attaccarsi correttamente fin dall’inizio. Senza questa stabilizzazione iniziale, il sistema si blocca“, dice il Dott. Kruno Vukušić, Istituto Ruđer Bošković.
Una città dal traffico infinito
Immagina l’ora di punta nella città più grande del mondo: milioni di auto, milioni di incroci. Un errore può paralizzare l’intero sistema.
Ora riduciamo l’immagine alla scala micrometrica di una cellula. I cromosomi sono treni, ognuno dei quali trasporta un carico di DNA. I microtubuli, le sottili fibre dello scheletro cellulare, sono le rotaie. Affinché la divisione abbia successo, ogni treno deve agganciarsi ai binari provenienti dalla direzione giusta e allinearsi alla stazione centrale.
Il vecchio modello prevedeva che il CENP-E fosse la locomotiva, trascinando i ritardatari al loro posto. Il team di Zagabria ha scoperto qualcosa di più sottile: il CENP-E non è il treno, ma l’elemento di aggancio mancante, il meccanismo che garantisce che il gancio sia sufficientemente robusto da resistere. Senza di esso, i treni si fermano ai margini della stazione, incapaci di avanzare.
Quando le luci si rifiutano di cambiare
Perché i cromosomi esitano ai margini? La risposta sta nelle chinasi Aurora, una famiglia di proteine che agiscono come semafori iperattivi. Inondano la cellula di segnali “rossi”, destabilizzando le prime attaccamenti e impedendo ai cromosomi di agganciarsi troppo presto nel posto sbagliato.
Questa protezione previene errori in prossimità dei poli della cellula, ma rischia anche di produrre troppo rosso e troppo poco verde. Qui entra in gioco il CENP-E. Modulando i segnali, attenua la luce verso il verde quel tanto che basta perché i cromosomi si stabilizzino. Una volta che si forma questa prima connessione stabile, il resto segue naturalmente: i cromosomi si allineano al centro, guidati dalla geometria del fuso e dalla dinamica dei microtubuli.
“Non si tratta di usare la forza bruta”, spiega Tolić. “Si tratta di creare le condizioni affinché il sistema funzioni senza intoppi. Il ruolo chiave del CENP-E è stabilizzare l’avvio e, una volta che ciò avviene, il resto della mitosi si svolge correttamente”.
Una storia da manuale si svela
Per quasi vent’anni, i libri di testo di biologia hanno insegnato la storia più semplice di CENP-E come una proteina motrice che trascina il carico verso la piastra metafasica. Lo studio di Zagabria impone una riscrittura.
“Il congresso, l’allineamento dei cromosomi, è intrinsecamente legato al biorientamento”, afferma Tolić. “Quello che dimostriamo è che CENP-E non contribuisce in modo significativo al movimento in sé. Il suo ruolo cruciale è stabilizzare gli attacchi terminali all’inizio. Questo è ciò che permette al sistema di procedere correttamente”.
Si tratta di un cambiamento fondamentale nel contesto: da forza e movimento a regolamentazione e tempismo. E questo cambiamento ha conseguenze che vanno ben oltre l’aula.
Perché è importante
Per chi non è esperto, la distinzione può sembrare sottile. In biologia, i dettagli contano. Gli errori nella segregazione cromosomica sono una caratteristica distintiva del cancro. Le cellule tumorali sono un mosaico di duplicazioni e delezioni di interi cromosomi o di loro segmenti, ciascuna riconducibile a un guasto nel sistema di traffico cellulare.
Dimostrando che il ruolo primario di CENP-E è quello di regolare i primi legami e collegando questa regolazione all’attività della chinasi Aurora, il team di Zagabria non ha solo collegato due processi che un tempo si pensava agissero indipendentemente, ma ha anche mappato una vulnerabilità critica. Questa intuizione potrebbe ispirare farmaci che riequilibrano l’equilibrio, sopprimendo le divisioni incontrollabili o salvando quelle bloccate.
“Non si tratta solo di riscrivere un modello”, afferma Vukušić. “Si tratta di identificare un meccanismo direttamente collegato alla malattia. Questo apre le porte alla diagnostica e alla riflessione su nuove terapie”.
Il sostegno dell’Europa, le infrastrutture della Croazia
La ricerca è stata finanziata da uno dei premi più competitivi al mondo, il Synergy Grant del Consiglio europeo della ricerca, insieme al supporto della Croatian Science Foundation, di progetti bilaterali svizzero-croati e dei fondi di sviluppo dell’UE.
Si basava anche sull’infrastruttura informatica avanzata del centro SRCE dell’Università di Zagabria. “La biologia moderna non è fatta solo di microscopi e provette“, osserva Tolić. “È anche calcolo e collaborazione tra discipline e confini”.
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L’ordine nel caos apparente
In sostanza, la scoperta riguarda la ricerca dell’ordine nel caos. Ogni giorno, trilioni di cellule si dividono nel corpo umano, ognuna delle quali gioca contro l’entropia. Il lavoro di Zagabria illumina una delle regole nascoste di questa scommessa. Ridefinendo il ruolo del CENP-E e collegandolo ad altri processi all’interno delle cellule, il team ha fornito alla biologia un modello più chiaro di come le cellule mantengano attivo il loro traffico sotto una pressione impossibile.
“Scoprire il modo in cui questi regolatori microscopici cooperano”, afferma Tolić, “non solo approfondisce la nostra comprensione della biologia, ma ci avviciniamo anche alla correzione dei difetti che sono alla base delle malattie”.
Fonte:Nature Communications