Il perfetto allineamento dei cromosomi nella mitosi

La divisione cellulare mitotica – il processo di riproduzione delle cellule somatiche – è stata intensamente studiato per più di 50 anni, ma alcuni punti cruciali di questo processo estremamente complesso restano ancora da chiarire. In particolare era finora ignoto il sistema di segnali cellulari che consentono la creazione del perfetto allineamento dei cromosomi al centro della cellula in corrispondenza dell’equatore del fuso mitotico, premessa indispensabile a una corretta distribuzione dei cromosomi alle cellule figlie.

A chiarire questo aspetto fondamentale è ora giunta una ricerca condotta da Tomomi Kiyomitsu1 e Iain M. Cheeseman del Whitehead Institute del MIR, che ne riferiscono in un articolo pubblicato in anteprima sul sito di su “Nature Cell Biology”.

Nel corso del processo di divisione cellulare quando i centrosomi si sono collocati a poli opposti della cellula, la rete di fibre che si diparte da essi, i microtubli, si dispone in modo da formare il fuso mitotico e quindi agganciarsi ai centromeri dei cromosomi duplicati ancora uniti fra loro, facendo sì che si dispongano in modo perfettamente ordinato.

A questo processo di allineamento, oltre ai microtubuli ancorati ai poli del fuso che si attaccano ai cromosomi, partecipano anche i microtubuli astrali che si dipartono a raggiera dal centromero e grazie alla loro instabilità strutturale sospingono avanti e indietro i poli del fuso fino all’allineamento lungo l’asse centrale di fuso mitotico e cromosomi.

A questo punto, sotto la spinta di trazione dei microtuboli del fuso, i due cromatidi fratelli si separano in due cromosomi separati che si spostano in direzione del centrosoma più vicino, così che alla fine una copia di ciascun cromosoma finisca in ciascuna delle nuove cellule figlie. 

Chiaramente questo processo deve essere perfettamente regolato perché l’acquisto di un cromosoma in più o la sua perdita durante la divisione cellulare può portare alla morte della cellula, ad anomalie dello sviluppo o a un cancro.

La dineina è una proteina motrice che “cammina” trasportando carichi molecolari lungo i microtubuli ma Kiyomitsu ha scoperto che, in questo caso, la dineina è ancorata alla corteccia cellulare (la zona immediatamente sottostante alla membrana) da un complesso che comprende la proteina LGN. In seguito a tale ancoraggio, questa dineina stazionaria, invece di muoversi lungo un microtubulo astrale, agisce come un argano che tira il polo del fuso, i microtubuli e i cromosomi che vi sono attaccati.

Quando un polo del fuso arriva in prossimità della corteccia cellulare, dal polo parte un segnale, la chinasi Plk1, che interferendo con dineina e LGN arresta il movimento del polo in avanti, lasciando libera la dineina di spostarsi verso il lato opposto della cellula. Queste oscillazioni con ampiezza decrescente continuano finché il fuso non si allinea lungo l’asse centrale della cellula.

Nell’analizare questo processo Kiyomitsu ha quindi notato che uno strato di LGN si estende tutto intorno alla corteccia cellulare, a eccezione delle aree più vicine ai cromosomi e che questa area “libera” si spostava in sincronia con l’oscillazione dei cromosomi. Poiché la dineina si àncora alla LGN, la presenza di questa zona assicura che la dineina possa solo tirare verso destra e sinistra i cromosomi in via di allineamento, piuttosto verso l’alto o il basso.

A questo punto Kiyomitsu ha testato diverse molecole di segnalazione associate ai cromosomi riuscendo a scoprire che a impedire alla LGN di ancorarsi alla corteccia cellulare in prossimità dei cromosomi è un segnale che coinvolge la proteina nucleare Ras-correlata (Ran). La Ran si lega alla guanosina-5′-trifosfato (Ran-GTP), che è coinvolta nel controllo dell’interfase della mitosi, e che precedentemente era stata indicata come possibile fattore di controllo dell’assemblaggio del fuso durante la mitosi nelle cellule germinali, ma il cui ruolo nella mitosi delle cellule germinali non era noto.