Proteinele permit celulelor să-și amintească cât de bine a mers ultima lor diviziune

Când vorbim despre amintiri în biologie, avem tendința să ne concentrăm pe creier și pe stocarea informațiilor în neuroni. Dar există o mulțime de alte amintiri care persistă în celulele noastre. Celulele își amintesc istoria dezvoltării, dacă au fost expuse la agenți patogeni și așa mai departe. Și asta ridică o întrebare la care a fost dificil să se răspundă: Cum poate ceva atât de fundamental ca o celulă să păstreze informațiile din mai multe diviziuni?

Nu există un răspuns, iar detaliile sunt cu adevărat dificil de rezolvat în multe cazuri. Dar oamenii de știință au elaborat acum un sistem de memorie în detaliu. Celulele sunt capabile să-și amintească când părinții lor au avut dificultăți în divizarea – o problemă care este adesea asociată cu deteriorarea ADN-ului și cancer. Și, dacă problemele sunt suficient de substanțiale, cele două celule care rezultă dintr-o diviziune vor înceta să se mai divizeze.

Setarea unui cronometru

În organismele multicelulare, diviziunea celulară este foarte atent reglată. Diviziunea necontrolată este semnul distinctiv al cancerelor. Dar problemele cu segmentele individuale de diviziune – lucruri precum copierea ADN-ului, repararea oricăror daune, asigurarea că fiecare celulă fiică primește numărul potrivit de cromozomi – pot duce la mutații. Deci, procesul de diviziune celulară include o mulțime de puncte de control în care celula se asigură că totul a funcționat corect.

Dar dacă o celulă trece prin toate punctele de control, probabil că totul este bine, nu? Nu în totalitate, după cum se dovedește.

Mitoza este porțiunea diviziunii celulare în care cromozomii duplicați sunt separați de fiecare dintre celulele fiice. Petrecerea mult timp în mitoză poate însemna că cromozomii au suferit daune, ceea ce poate cauza probleme în viitor. Iar cercetările anterioare au descoperit că unele celule derivate din retină se vor înregistra atunci când mitoza durează prea mult, iar celulele fiice se vor opri din diviziunea.

Noua lucrare, realizată de o echipă de cercetători din Okinawa, Japonia și San Diego, a început prin a arăta că acest comportament nu a fost limitat la celulele retiniene – pare a fi un răspuns general la o mitoză lentă. Experimentele de sincronizare atentă au arătat că, cu cât celulele au petrecut mai mult timp încercând să sufere mitoză, cu atât este mai probabil ca celulele fiice să nu se mai divizeze. Cercetătorii numesc acest sistem „cronometru mitotic”.

Deci, cum operează o celulă un cronometru? Nu este ca și cum i-ar putea cere lui Siri să seteze un cronometru – este în mare parte blocat să lucreze cu acizi nucleici și proteine.

Se pare că, la fel ca multe lucruri legate de diviziunea celulară, răspunsul se reduce la o proteină numită p53. Este o proteină care este cheia multor căi care detectează deteriorarea celulelor și le împiedică să se divizeze dacă există probleme. (Puteți să vă amintiți din acoperirea noastră recentă a dezvoltarea celulelor stem de elefant.)

Un cronometru format din proteine

Cercetătorii au descoperit că, în timp ce mitoza avea loc, p53 a început să apară într-un complex cu alte două proteine ​​(proteaza 28 specifică ubiquitinei și proteina 1 de legare a p53, numită creativ). Dacă ai făcut mutații într-una dintre proteinele care au blocat formarea acestui complex, cronometrul mitotic nu mai ticăie. Acest complex de trei proteine ​​a început să crească la niveluri semnificative doar dacă mitoza a durat mai mult decât de obicei și a rămas stabil odată ce s-a format, astfel încât să fie transmis celulelor fiice odată ce diviziunea celulară a fost finalizată.

Deci, de ce se formează acest complex numai atunci când mitoza durează mai mult decât de obicei? Cheia sa dovedit a fi o proteină numită kinază, care atașează un fosfat la alte proteine. Cercetătorii au analizat substanțe chimice care inhibă kinazele specifice care sunt active în timpul mitozei și reparării ADN-ului și au găsit una specifică care era necesară pentru cronometrul mitotic. În absența acestei kinaze (PLK1, pentru curioși), complexul de trei proteine ​​nu se formează.

Deci, cercetătorii cred că cronometrul arată astfel: în timpul mitozei, kinaza atașează încet un fosfat la una dintre proteine, permițându-i să formeze complexul de trei proteine. Dacă mitoza se face suficient de repede, nivelurile acestui complex nu devin foarte mari și nu are niciun efect asupra celulei. Dar dacă mitoza merge mai lent, atunci complexul începe să se acumuleze și este suficient de stabil încât să fie încă în ambele celule fiice. Existența complexului ajută la stabilizarea proteinei p53, permițându-i să oprească viitoarele diviziuni celulare odată ce este prezentă la niveluri suficient de ridicate.

În concordanță cu această idee, toate cele trei proteine ​​din complex sunt supresoare de tumori, ceea ce înseamnă că mutațiile din acestea fac mai probabilă formarea tumorii. Cercetătorii au confirmat că cronometrul mitotic a fost frecvent defect în probele tumorale.

Deci, așa reușesc celulele individuale să-și stocheze una dintre amintirile lor – memoria problemelor legate de diviziunea celulară. Cu toate acestea, cronometrul mitotic este doar unul dintre sistemele de stocare a memoriei, cu sisteme complet separate care gestionează diferite memorii. Și, în același timp, se întâmplă acest lucru, un număr mare de alte căi alimentează și activitatea p53. Deci, în timp ce cronometrul mitotic poate gestiona eficient un anumit tip de problemă, este integrat într-o mulțime de sisteme suplimentare complexe care funcționează în celulă.

Science, 2024. DOI: 10.1126/science.add9528 (Despre DOI).