Tim istraživača u Španiji napravio je proboj tako što je snimio prve detaljne slike „mreže autoputeva“ ljudske ćelije koja počinje da se pojavljuje.
Slike visoke rezolucije i film u atomskoj skali pomažu da se objasni dugogodišnja zagonetka o tome kako se male strukture zvane mikrotubule formiraju tokom ćelijske deobe. Ovo otkriće moglo bi da unapredi razvoj ciljanih tretmana za rak i mnoga druga stanja.
„Mikrotubule su kritične komponente ćelija, ali sve slike koje vidimo u udžbenicima koji opisuju prve trenutke njihovog stvaranja su modeli ili crtani filmovi zasnovani na strukturama u kvascu“, kaže biohemičar Tomas Sari iz Centra za genomsku regulaciju u Barseloni.
„Ovde snimamo proces u akciji unutar ljudskih ćelija. Sada kada znamo kako izgleda, možemo istražiti kako je regulisan. S obzirom na osnovnu ulogu mikrotubula u ćelijskoj biologiji, ovo bi na kraju moglo dovesti do novih terapijskih pristupa za širok spektar poremećaja“.
U ćeliji, mikrotubule deluju kao autoputevi za transport komponenti između različitih oblasti. Oni takođe igraju ključnu ulogu u deobi ćelija, delujući kao laso tako što spajaju i razdvajaju duplicirane hromozome, omogućavajući ćeliji da se podeli na dva dela.
Kroz proces koji se naziva nukleacija mikrotubula, mikrotubule se grade od proteina koji se nazivaju tubulini pomoću strukture koja se zove gama-tubulinski prstenasti kompleks (γ-TuRC), koji deluje kao nacrt koji vodi njihovu formaciju.
Misterija je nastala kada je otkriveno da ljudski γ-TuRC izlaže četrnaest redova tubulina umesto očekivanih trinaest koji su mikrotubulama potrebni da bi ćelije pravilno funkcionisale, a γ-TuRC-ova prstenasta struktura izgledala je otvorena kada su naučnici očekivali da će biti zatvorena.
Prvi vizuelni prikazi visoke rezolucije i γ-TuRC i mikrotubula zajedno pomažu da se otkrije ova misterija. Tim je morao da uspori proces velike brzine da bi ga video u laboratoriji.
„Morali smo da pronađemo uslove koji su nam omogućili da snimimo preko milion mikrotubula u procesu nukleacije pre nego što postanu predugačke i prikriju delovanje γ-TuRC“, kaže ćelijski biolog Klaudija Brito iz Centra za genomsku regulaciju.
„Uspeli smo da to postignemo pomoću molekularne kutije sa alatima naše laboratorije, a zatim zamrznemo stubove mikrotubula na mestu.
Istraživači su koristili krio-elektronsku mikroskopiju i neku složenu obradu slike da bi odredili 3D strukturu γ-TuRC tokom formiranja mikrotubula. Otkrili su da kako γ-TuRC inicira nukleaciju i mikrotubula raste, ona prolazi kroz promenu oblika.
Pametno se zatvara, ostavljajući jedan tubulin tako da odgovara dizajnu mikrotubula. Otkriven je i novi mehanizam zabravljivanja, koji je otkrio da rastuća mikrotubula pomaže šablonu γ-TuRC u pronalaženju svog ispravnog oblika.
„Vizuelizirali smo proces koji pokreće formiranje mikrotubula i vidimo da je ljudski γ-TuRC otvoreni prsten koji se zatvara kako bi efektivno postao savršen šablon za stvaranje jezgri mikrotubula“, kaže strukturni biolog Oscar Llorca iz Španskog Nacionalnog centra za istraživanje raka.
Ali takođe smo otkrili da je ovom prstenu, da bi se zatvorio, potrebna ‘prva cigla’ mikrotubula da se postavi; kada se to dogodi, region ljudskog γ-TuRC deluje kao sidro koje uključuje ovu ‘prvu’ cigle“ da bi se zatim zatvorio prsten i pokrenuo formiranje mikrotubula.“
Problemi sa mikrotubulama mogu izazvati mnoge zdravstvene komplikacije, uključujući rak. Disfunkcija mikrotubula takođe može da pogorša stanja kao što su astma i srčana oboljenja, kao i da doprinese neurodegenerativnim poremećajima.
Iako su mikrotubule meta za neke tretmane raka, ovi lekovi imaju nesrećni neželjeni efekat i utiču na zdrave ćelije. A tumori imaju potencijal da vremenom postanu otporni na ove lekove. Stoga je vredno saznati više o mikrotubulama i njihovom procesu izgradnje.
„Kako dalji rad pojašnjava kako se regulatori vezuju za γ-TuRC i kako utiču na konformacione promene tokom nukleacije, to može da transformiše naše razumevanje kako mikrotubule funkcionišu“, objašnjava Surrei, „i na kraju ponudi alternativne lokacije na koje bi neko mogao da cilja da spreči ćelije raka od prolaska kroz ćelijski ciklus.“
