Każdego dnia setki miliardów komórek naszego ciała przechodzi okres wzrostu i podziału. Jednak w tym czasie tylko około 30 minut poświęca się na krytyczną organizację mitozy, podczas której chromosomy są ostrożnie segregowane z jednej komórki rodzicielskiej do następnej generacji dwóch komórek potomnych.
To właśnie w tym kluczowym okresie podziału komórek wszystko może się skomplikować. Chromosomy mogą zostać źle skierowane, co prowadzi do uszkodzonych i chorych komórek, które rozwijają się w różne typy nowotworów. Naukowcy z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego, donoszący w czasopiśmie Science, odkryli kluczowy mechanizm, który śledzi czas mitozy i rejestruje, kiedy proces trwa zbyt długo. Naukowcy z laboratoriów profesorów Arshada Desai i Karen Oegema ze Szkoły Nauk Biologicznych i Szkoły Medycznej po raz pierwszy opisali szczegóły „stopera” mitozy oraz sposoby wykrywania podejrzanych komórek i zatrzymywania ich dalszej proliferacji .
„Ta praca pokazuje, że komórki dokładnie monitorują czas potrzebny na wykonanie mitozy i wykorzystują go jako filtr w celu wyeliminowania potencjalnie problematycznych komórek” – powiedział Desai, pracownik wydziału w Katedrze Biologii Komórki i Rozwoju. „Jeśli komórka potrzebuje więcej czasu niż normalnie na ukończenie mitozy, komórki potomne będą wiedzieć, że ich matka miała trudności z wykonaniem mitozy i dla bezpieczeństwa przestaną się dzielić”.
Naukowcy odkryli, że stoper składa się ze szlaku biochemicznego, który stale monitoruje czas trwania mitozy. Szlak posiada funkcję „pamięci”, która sumuje opóźnienia mitozy z pokolenia na pokolenie. U podstaw tego szlaku leży kompleks trzech białek, w tym p53, kodowany przez gen najczęściej zmutowany w ludzkich nowotworach. W ramach serii eksperymentów naukowcy śledzili drogę od komórki rodzicielskiej do komórki córki i wnuczki przez okres 48 godzin. Odkryli, że szlak działa jak mechanizm kontroli jakości, który „zapamiętuje” czas mitotyczny. Odkryli, że nawet podziały komórkowe opóźnione sekwencyjnie o zaledwie 20 minut są określane jako ryzykowne.
Naukowcy są przekonani, że kluczowe 30 minut czasu mitotycznego może być ewolucyjnym rozwiązaniem umożliwiającym szybkie przejście przez istotną, ale potencjalnie niebezpieczną część życia, kiedy komórki są bezbronne. Zdaniem Oegema nowotwory są jak obcy w naszych ciałach, z którym nieustannie walczymy, korzystając z mechanizmów nadzoru, takich jak stoper. Co ważne, naukowcy wykazali, że mechanizm stopera jest „wyłączany” w przypadku wielu typów nowotworów, skutecznie umożliwiając im tolerowanie nieprawidłowych genomów, które przechodzą dłuższe i problematyczne mitozy.
„Nasze badania sugerują, że pomiar czasu mitozy to mechanizm opracowany w celu ochrony nas” – powiedział Oegema, także profesor Wydziału Biologii Komórki i Rozwoju. „Zasadniczo jest to kolejna funkcja supresji nowotworu powiązana z zadaniem p53, jakim jest ochrona przed problematycznymi komórkami”.
Patrząc w przyszłość, naukowcy w swoim badaniu Science zauważyli, że ich odkrycie może zostać wykorzystane w przyszłych strategiach leczenia pacjentów chorych na raka.
„Stan stopera może wpływać na skuteczność obecnie stosowanych lub opracowywanych środków terapeutycznych ukierunkowanych na procesy mitotyczne” – zauważają w raporcie – „i może służyć jako potencjalny biomarker ich zastosowania w leczeniu raka”.
Współautorami artykułu są: Franz Meitinger, Hazrat Belal, Robert Davis, Mallory Martinez, Andrew Shiau, Karen Oegema i Arshad Desai.