*Lo studio rivela ruoli precedentemente sconosciuti dei complessi proteici conservati nel processo di divisione cellulare.*

24 febbraio 2023

Berkeley, California —Un team di scienziati guidati da ricercatori dell’Università della California, Berkeley, ha scoperto un nuovo meccanismo utilizzato dalle cellule per garantire la distribuzione uniforme del materiale genetico durante la divisione cellulare. La scoperta, pubblicata sulla rivista *Nature*, mette in discussione il modello di lunga data di come avviene questo processo cellulare critico e potrebbe avere implicazioni per la comprensione e il trattamento delle malattie causate da errori nella segregazione cromosomica, come la sindrome di Down e alcuni tumori.

Durante la divisione cellulare, una cellula deve duplicarsi con precisione e quindi distribuire i suoi cromosomi – strutture che trasportano le informazioni genetiche della cellula – in due nuove cellule. La cellula utilizza un complesso meccanismo di proteine ​​per garantire che ogni nuova cellula riceva il corretto complemento di cromosomi, ma il modo esatto in cui funziona questo meccanismo rimane oggetto di intensi studi scientifici.

La teoria prevalente, nota come modello della “tensione del cinetocore”, sostiene che i complessi proteici specializzati chiamati cinetocori, che si formano sulla superficie dei cromosomi, percepiscono e rispondono alle forze generate durante la segregazione dei cromosomi. Come le squadre di tiro alla fune che tengono in equilibrio la presa su una corda, questi cinetocori eserciterebbero forze sui cromosomi finché le forze non fossero bilanciate, indicando che i cromosomi erano correttamente allineati e pronti per essere divisi.

Nel loro nuovo studio, il team guidato da Berkeley ha scoperto che mentre i cinetocori sono effettivamente importanti, un insieme completamente diverso di complessi proteici, chiamati complessi cromosomici passeggeri (CPC), sono fondamentali anche per monitorare e correggere gli errori nella distribuzione dei cromosomi. I ricercatori hanno fatto questa scoperta sviluppando un nuovo metodo per studiare la divisione cellulare nello spazio tridimensionale di un organismo vivente.

«Si sapeva che i cinetocori erano importanti, ma siamo rimasti sorpresi nello scoprire che anche le proteine ​​passeggeri sono essenziali per rilevare gli errori nella segregazione dei cromosomi. Il nostro lavoro cambia il paradigma del modo in cui pensiamo a questo processo cellulare fondamentale”, ha affermato l’autrice principale Ashley Pagliuca, ricercatrice post-dottorato della UC Berkeley.

Utilizzando il loro nuovo metodo di imaging, i ricercatori hanno monitorato i movimenti delle CPC mentre interagivano con i cromosomi durante la mitosi, il processo mediante il quale una cellula si divide in due cellule figlie identiche. Con loro sorpresa, hanno scoperto che le CPC non solo erano costantemente in movimento, ma anche altamente dinamiche, cambiando costantemente forma e composizione mentre si muovevano lungo i cromosomi. Questo comportamento dinamico ha permesso ai CPC di campionare le forze generate dai cinetocori e di identificare quando i cromosomi non erano allineati correttamente.

"I CPC si comportavano letteralmente come mani cellulari, muovendosi avanti e indietro lungo i bracci dei cromosomi finché non riuscivano a raggiungere e afferrare i microtubuli, che sono minuscoli filamenti che aiutano a separare i cromosomi", ha detto la co-autrice senior Rebecca Heald, della UC Professore di biologia molecolare e cellulare a Berkeley. “Poi attirerebbero questi microtubuli e sposterebbero i cromosomi, correggendo gli errori nell’allineamento dei cromosomi”.

Negli esperimenti di follow-up, i ricercatori sono riusciti a dimostrare che i CPC sono essenziali per l'accurata segregazione dei cromosomi durante la divisione cellulare. Quando esaurivano i CPC dalle cellule, le cellule spesso commettevano errori nella distribuzione dei cromosomi, con conseguente aneuploidia, una condizione in cui le cellule hanno un numero anormale di cromosomi. Questi risultati suggeriscono che i CPC svolgono un ruolo fondamentale nella prevenzione dell’aneuploidia, che può portare a difetti dello sviluppo, aborti spontanei e alcuni tipi di cancro.

"La nostra scoperta apre nuove strade per comprendere le cause dell'aneuploidia e per sviluppare potenziali terapie per le malattie associate all'aneuploidia", ha affermato Pagliuca.

La ricerca è stata sostenuta dal National Institutes of Health, dalla National Science Foundation, dall’UCSF Cancer Center e dal Jane Coffin Childs Memorial Fund for Medical Research.