Nowy mechanizm podziału komórek macierzystych
Kasia Kuleszewicz | 2007-03-13
Zaburzenia w podziałach komórek mogą skutkować niekontrolowaną proliferacją, która jest podłożem rozwoju nowotworów. Komórki macierzyste, których podstawowym elementem trwania są podziały komórkowe mają ten proces niezwykle precyzyjnie kontrolowany. Jednak czasem i w ich przypadku zdarzają się pomyłki i niekontrolowane podziały, co sprawia że są wtedy bardziej podobne do śmiercionośnych komórek nowotworowych. Badania nad neuronalnymi komórkami macierzystymi u muszki owocowej ujawniły mechanizm zarządzający tymi podziałami. Może mieć to potencjalne zastosowanie w walce z nowotworami.
Komórki macierzyste znane są ze swojej zdolności do nieograniczonej liczby podziałów, co sprawia, że są nieśmiertelne i samoodnawialne. Dzielą się one podczas podziału asymetrycznego, wskutek którego powstają dwie komórki potomne. Jedna z nich zachowuje właściwości komórki macierzystej i będzie ona kontynuować asymetryczne podziały, podczas gdy druga specjalizuje się i pełni określoną funkcję w organizmie. Wykazuje ona wtedy ograniczoną zdolność podziału. Strategia asymetrycznego podziału komórek macierzystych generuje ogromną ilość komórek tworzących tkanki i organy podczas życia osobnika.
Proces podziału komórki był dotychczas intensywnie badany, lecz wiele aspektów wciąż pozostawało niewyjaśnionych. Jak wiadomo, aby podział komórki nastąpił prawidłowo i aby powstałe w wyniku tego podziału komórki potomne mogły przyjąć odpowiednią tożsamość, w komórce musi powstać oś wzdłuż której nastąpi podział. W sytuacji, gdy oś zostanie nieprawidłowo ustalona, lub nie zostanie ustalona w ogóle, podział będzie skutkował dwoma identycznymi komórkami macierzystymi. Nie będą one jednak produkować komórek, które staną się częścią tkanek i organów, ale będą namnażać się i produkować coraz więcej swoich klonów. Może być to potencjalnie niebezpieczne dla organizmu ponieważ prowadzi do niekontrolowanej proliferacji.
Naukowcy z Institute for Research in Biomedicine w Barcelonie badali podziały komórek macierzystych. Poznając mechanizm podziału chcieli oni zapobiec niebezpieczeństwu niekontrolowanych proliferacji. Jednym z kluczowych czynników w podziałach jest działanie centrosomu w komórce.
Centrosomy to wyspecjalizowane struktury zlokalizowane w centrum komórki, w pobliżu jądra komórkowego. Są ośrodkiem formowania się mikrotubul szkieletu komórkowego i wrzeciona podziałowego podczas interfazy. Każdy centrosom zawiera parę centrioli i tubulinę i otoczony jest materiałem okołocetrionalnym. Przed podziałem komórki każdy centrosom ulega duplikacji. Wytwarzane przez niego mikrotubule szkieletu komórkowego zanikają, a w zamian nich produkowane są mikrotubule wrzeciona kariokinetycznego. Powoduje to rozsunięcie się centrioli do przeciwległych biegunów komórki. Obecność centrosomów zarządza kierunkiem podziału.
Dokładniejsze badania nad centrosomami w neuronalnych komórkach macierzystych u Drosophila melanogaster przeprowadzone przez naukowców z Barcelony zostały opublikowane w magazynie Developmental Cell.
Jak się okazało, w przypadku podziału symetrycznego, dwa centrosomy są praktycznie identyczne, podczas gdy podziałem asymetrycznym komórek macierzystych kierują dwa różniące się od siebie centrosomy. Jeden z nich organizuje mikrotubule astralne w pobliżu wierzchołkowej części komórki i jest on zlokalizowany w stałej pozycji przez większość cyklu podziałowego komórki. Drugi natomiast traci materiał okołocentrionalny i aktywność organizacyjną mikrotubul. Wędruje on niemal po całej komórce, aż do kilku sekund przed właściwym podziałem komórki, kiedy to lokalizuje się blisko podstawnej części komórki, rekrutuje materiał okołocentrionalny i wytwarza drugi zestaw mikrotubuli astralnych. Takie złożone "zachowanie" centrosomów w komórkach macierzystych jest bardzo precyzyjnie regulowane. Finalne ułożenie centrosomów odpowiada dokładnie pozycji w której następuje podział „rodzicielskiej” komórki macierzystej na dwie asymetryczne komórki potomne. Asymetryczne położenie tych bardzo różnych od siebie centrosomów jest decydującym czynnikiem w regulacji asymetryczności podziału komórek macierzystych. Ma to także związek z zapobieganiem symetryczności podziału, która jest podstawą niekontrolowanej proliferacji.
Dalsze badania wykazały, że u podstawy różnicowania centrosomów leży białko Prospero, supresor nowotworów. Wskazuje to, że centrosomy mogą odgrywać kluczowa rolę w zapobieganiu przekształcania się tych komórek w komórki nowotworowe. Białko Prospero jest jedną z determinant określających rozmieszczenie innych białek w komórce. Jego działalność zależy od aktywności innych genów w komórce. Gdy ich funkcja zostanie zaburzona, zaburzona zostaje także kontrola podziału, prowadząca do nadmiernej proliferacji i rozwoju nowotworu.
Podobieństwo komórek macierzystych i nowotworowych powoduje, że wiele aspektów odkrytych w komórkach macierzystych można bezpośrednio odnosić do komórek nowotworowych. Komórki macierzyste, w miarę specjalizacji muszą zatrzymywać podziały. W takiej formie są wcielane do tkanek i organów. Niektóre komórki rakowe są podobne do macierzystych ponieważ są identyczne, ulegają szybkim podziałom i także mogą przemieszczać się po organizmie i wcielać w inne tkanki. Skutek takiej działalności jest jednak najczęściej śmiertelny. Wyspecjalizowane komórki macierzyste giną "ze starości" lub podczas urazów, dlatego ich asymetryczne podziały są potrzebne do zapewnienia ciągłości życia.
Do badań nad podziałami komórek, naukowcy użyli transgenicznych muszek D. melanogaster, które miały fluorescencyjnie wybarwione składniki komórek. Technika ta, razem z wysokorozdzielczym mikroskopem pozwoliła na dokładne obserwacje dzielących się komórek.
Źródła:
1) Rebollo, E. et al. (2007) Functionally Unequal Centrosomes drive Spindle Orientation in Assymetrically Dividing Drosophila Neural Stem Cells. Developmental Cell 12:467-474.
2) Clevers, H. (2005) Stem cells, asymmetric division and cancer. Nature Genetics 37(10):1027-1029.
3) http://en.wikipedia.org/wiki/Stem_cell - komórki macierzyste
4) http://en.wikipedia.org/wiki/Centrosome - centrosom
5) http://www.sciencedaily.com/releases/2007/03/070305141215.htm
6) Foto: Institute of Stem Cell Research
Komentarze
ja | 2007-05-28 00:00:00
to bezsens