Biochimica cellulare

ATTACCO DEI MICROTUBULI DEL CINETOCORE AL CROMOSOMA

Questa struttura del cinetocore è

estremamente importante ed è

stata risolta nel caso del lievito, ma

nel caso dei cromosomi umani la

faccenda è complessissima, perché

ci sono moltissime proteine che

mediano il legame fra il

microtubuli e il cinetocore, come

potevamo pensare non è semplice,

c’è il cromatidio, la sua struttura

centromerica, il microtubulo che

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lega il centromero e basta, tutto questo dopo immediato da una grandissima

quantità di proteine, fra cui motori proteici.

Quindi è un complesso di proteine che vediamo (B) nell’uomo, rispetto al lievito

(A) è molto più ricco di componenti e quindi ancora una volta pensiamo quello

che succede se una o più proteine che formano il complesso di riconoscimento

non funziona.

Se una proteina è mutato in qualche maniera e nella forma mutata non riesce più

a riconoscere la proteina sottostante, tutta questa impalcatura non la possiamo

tenere, se non otteniamo l’impalcatura, non abbiamo l’aggancio del cromatidio

da parte dei microtubuli del cinetocore.

Dicevamo che ci sono una serie di azioni, di movimenti che avvengono

all’interno della cellula, i due movimenti più semplici sono l’uno l’opposto

dell’altro, perché uno è di tiraggio e l’altro è di spinta, e sono due movimenti

contrapposti.

Come si intendono questi movimenti? Se vediamo la figura e

abbiamo i due

centrosomi, che sono già

ai poli opposti della

cellula, noi abbiamo

bisogno dei microtubuli

per spostare questi

cromosomi all’interno

della piastra metafasica, noi stiamo uscendo dalla profase, abbiamo avuto la

condensazione dei cromosomi, e stanno in quella zona centrale che è il nucleo,

però ci troviamo con la profase la membrana nucleare che si è rotta e questi

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cromosomi stanno alla rinfusa al centro, quindi alcuni staranno già verso il polo

dove andranno, altri invece sono lontani, quindi in questo caso se i due

cromatidi fratelli sono agganciati in prossimità di uno dei due centrosomi,

succede che uno è già troppo vicino al suo polo e quell’altro ne è distante, quindi

ci deve essere un’azione di trazione (la dimensione della freccia indica la

quantità della forza di trazione) che spinge due cromatidi fratelli verso il centro,

nella posizione equatoriale rispetto due centrosomi.

Quindi questa è un’azione di trazione, però possiamo avere anche un’azione di

spinta dalla parte, quindi un centrosoma tira e l’altro centrosoma spinge,

otteniamo la stessa cosa, i cromatidi fratelli si dispongono sulla piastra

equatoriale.

Quindi la trazione agisce sempre sui cinetocori e tira i cromosomi, mentre la

spinta agisce sempre sui cinetocori e spinge i cromosomi all’equatore.

Ci possiamo figurare, come quando un pescatore pesca e l’amo è rappresentato

dal microtubulo che viene nucleato, cresce cresce fino a quando trova il

cromatidio, se non sta nella posizione ottimale, allora lo deve o tirare, mediante

depolimerizzazione, o spingere mediante polimerizzazione.

Poi c’è un’altra cosa che si può dimostrare e che

cioè tutto quello che non è agganciato dalle

fibre del fuso in realtà viene allontanato dal

centrosoma, secondo una forza che si chiama

forza di esclusione astrale, astrale perché

parte dal centrosoma e si irradia in tutte le

direzioni della cellula e quindi solo i cromatidi

fratelli possono essere agganciati e posizionati

sulla piastra metafasica, ma quello che non è

legato viene allontanato via.

Questo diciamo che è un esperimento molto

semplice da fare, perché si può sezionare un

cromosoma e sezionando in questo modo si

genera una porzione che è legata al centrosoma mediante il cinetocore, un’altra

porzione che non lo è e si può osservare che la porzione che non è legata al

centrosoma viene spinta via da una forza che parte dal centrosoma e va verso

l’esterno e per questo motivo si chiama astrale. 96

Come si fa quindi a spostare i cromosomi?

Abbiamo già detto che le due forze sono

contrapposte, una di spinta e l’altra di

trazione, ma chi opera queste due forze sono i

motori proteici.

A livello dei microtubuli del cinetocore ci sarà

una depolimerizzazione per spostare questo

cromosoma verso sinistra, qui ci saranno

delle proteine motrici che spingono verso

l’estremità + per allontanare il cromosoma,

questo è troppo vicino al centrosoma.

Quindi i due grandi movimenti, che

avvengono all’interno del fuso mitotico., sono

mediati dall’instabilità dinamica dei microtubuli, che devono polimerizzare e

depolimerizzare e dal movimento dato dai motori proteici che tirano verso

l’estremità + o verso l’estremità -, tutti questi movimenti risultano o in una

spinta o in una trazione, nel complesso noi ci ritroviamo i cromatidi fratelli sulla

piastra equatoriale.

L’abbiamo già detto che i microtubuli sono in equilibrio dinamico, dinamico

vuol dire secondo una curva sigmoide che arriva ad una fase di equilibrio, quello

è un equilibrio dinamico, vuol dire che subunità vengono aggiunte e subunità

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vengono rimosse e infatti nell’immagine possiamo vedere i simboli della

tubulina fatto dalle freccette, che sono direzionate verso il centro, indicando così

il verso della polimerizzazione, l’estremità + praticamente, così come le freccette

che sono dirette verso l’esterno nei microtubuli astrali.

Quindi noi qui abbiamo un continuo di polimerizzazione e depolimerizzazione

che accompagna esattamente tutto il processo.

E si può osservare un fenomeno che si chiama treadmilling (=mulinello), è uno

dei movimenti che avviene nei mulini quando si deve macerare la farina, un

movimento vorticoso di subunità che vengono incorporate e rilasciate.

Come si fa a mettere in evidenza questo fenomeno del treadmilling?

Se si marca la tubulina con una sostanza fluorescente, e la si marca nelle fasi di

crescita del microtubulo, noi possiamo immaginare che il microtubulo che

cresce in una direzione può incorporare tubulina fluorescente nelle porzioni

terminali.

Se il microtubulo non crescesse più noi avremo la marcatura solo nella regione

terminale, la fluorescenza solo nelle subunità neo aggiunte.

Se, invece, il microtubulo cresce e decresce la fluorescenza si sposta e varia ed è

quello che succede, perché il microtubulo cresce, poi depolimerizza a

un’estremità, poi depolimerizza all’altra, la fluorescenza corre lungo questo

binario.

A questo punto vediamo l’anafase A e l’anafase B. 98

In anafase A quello che è importante far si che i microtubuli del cinetocore

contattino i cromatidi fratelli, e questo è quello che succede in questo schema

sopra, quando ci troviamo in piastra metafasica e ci troviamo in anafase A,

incominicia il movimento di depolimerizzazione dei microtubuli che tirano i

cromatidi fratelli verso il centrosoma.

In anafase B è un movimento di scivolamento dei microtubuli polari gli uni sugli

altri che si allungano e determinano l’allontanamento dei poli.

Vediamo le dimensioni del fuso, andando da anafase A ad anafase B, questo

allungamento riflette la polimerizzazione dei microtubuli polari.

Queste cose che stiamo richiamando, poi ce le dobbiamo spiegare dal punto di

vista molecolare, nel senso che vedremo quali sono le proteine e i geni che in

questo preciso istante decidono quando si passa dall’anafase A all’anafase B;

quali sono i punti di controllo, nel senso di espressione genica, che ci assicurano

che noi siamo pronti per uscire dalla metafase ed entrare in anafase; quali sono

quelle proteine che ci garantiscono che avvenga prima l’anafase A e poi l’anafase

B.

Quindi è cruciale capire questi meccanismi, perché poi ci metteremo su i

componenti, il cavallo di battaglia della biologia, che sono le proteine.

In particolare durante

l’anafase A i microtubuli

devono tirare i cromatidi

fratelli e ci sono due

modelli che sono validi

entrambi, forse coesistono

entrambi in realtà, per

spiegare questo

movimento: un modello

che possiamo definire

ATP-dipendente e un altro modello che possiamo definire ATP-indipendente.

Il modello ATP-dipendente invoca i motori proteici, che lavorano con l’idrolisi

dell’ATP, infatti nell’immagine vediamo la direzione del movimento dei

cromosomi verso sinistra, immaginando che c’è il centrosoma e c’è il

microtubulo del cinetocore, legato a tutte le proteine del complesso del

cinetocore.

Queste proteine motrici legano contemporaneamente il cinetocore e il

microtubulo e, camminando lungo il microtubulo, consentono la sua

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depolimerizzazione, ma siccome l’estremità – è ancorata al centrosoma, se noi

depolimerizziamo qui il cromosoma si sposta.

Se depolimerizziamo ma il microtubulo rimane comunque legato al cromatidio

fratello, il cromatidio si sposta.

Il modello ATP-indipendente, invece, invoca altre proteine che hanno una

sensibilità al riconoscimento con la tubulina ed in particolare con la tubulina

polimerizzata, queste proteine senza l’intervento dell’ATP possono riconoscere

la porzione polimerizzata, ma quando la depolimerizzazione avviene perché

l’equilibrio è dinamico, la proteina che è legata contemporaneamente al

microtubulo polimerizzato e al cromatidio, fa sì che questo si sposti ancora una

volta verso l’estremità -, cioè all’interno del centrosoma.

Siccome sono state trovate evidenze sia di proteine motrici, sia di proteine che

invece hanno affinità per la tubulina polimerizzata, sembra che entrambi i

meccanismi possano essere validi.

Quindi nell’anafase A abbiamo separato i cromatidi fratelli, ora dobbiamo

cominciare a metterci in condizione di separare le due cellule figlie, quindi

dobbiamo andare in anafase B.

In questa immagine vediamo lo scivolamento dei microtubuli polari mediati da

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motori proteici, che mediano lo scivolamento di frammenti intermedi di

microtubuli che consentono l’allungamento e lo stiramento del fuso.

Ma oltre all’azione di motori proteici e quella che una volta era la piastra

metafasica, c’è l’azione anche di altri motori proteici che stanno sulla corteccia e

che tirano i microtubuli astrali, tirando i microtubuli astrali, il centrosoma si

sposta in questo caso verso destra sinistra e quindi si ottien