UABDivulga - Barcelona recerca i innovació

Al nucli de les nostres cèl·lules, es duu a terme un procés molecular que garanteix la correcta transmissió de la informació genètica, empaquetada en els cromosomes durant la divisió cel·lular. Cada cromosoma humà conté una sola còpia d'una molècula d'ADN extremadament llarga que es duplica durant el període interfàsic del cicle cel·lular. Durant la mitosi cada cèl·lula es divideix en dues cèl·lules filles genèticament idèntiques a través diverses fases: profase, prometafase, metafase, anafase i citocinesi.

Al començament de la mitosi, les parelles de molècules d'ADN resultants s'empaqueten als cromosomes, que són visibles a la profase. Durant la prometafase, aquestes molècules d'ADN se separen i donen lloc a dues cromàtides germanes completament resoltes a la metafase. Després, durant l'anafase, les dues cromàtides unides als microtúbuls són arrossegades cap als pols oposats del fus mitòtic (xarxa tridimensional de microtúbuls organitzats de manera bipolar) i, finalment, la citocinesi produeix dues cèl·lules filles.

A la cèl·lula viva, l'ADN està associat amb les proteïnes histones i formen llargs filaments de cromatina que contenen milers de nucleosomes, que són partícules cilíndriques amb dimensions nanomètriques (11 nm de diàmetre i 5,7 nm d'alçada) connectades entre si mitjançant segments curts d'ADN. La resolució de les cromàtides germanes requereix la separació de les dues cadenes d'ADN duplicat sense causar cap dany a la seqüència d'ADN original. A més, l'ADN nu i els filaments de cromatina en solució mostren una gran tendència a enredar-se. Per tant, durant la replicació de l'ADN i la resolució de les cromàtides germanes, la cèl·lula ha d'organitzar adequadament els filaments de cromatina per evitar entrellaçaments intra- i inter-moleculars.

Estudis previs al Laboratori de Cromatina (Departament de Bioquímica i Biologia Molecular) van indicar que l'estructura cromosòmica consta de moltes capes apilades formades pel filament de cromatina plegat com una làmina plana que té un gruix d'aproximadament 6 nm, corresponent a nucleosomes lleugerament inclinats. Tenint en compte que aquesta estructura està unida covalentment amb una sola molècula d'ADN a cada cromosoma, i que diversos resultats van mostrar que els cromosomes tenen una morfologia helicoidal, hem proposat que les capes de cromatina formen un helicoide continu dins del cromosoma. D'aquesta manera, l'absència d'entrellaçaments entre les capes successives d'aquest helicoide pot facilitar la replicació de l'ADN i, presumiblement, la replicació completa de l'ADN original produeix un doble helicoide que s'empaqueta dins del cromosoma en profase.

_{A la figura adjunta es representa esquemàticament la hipòtesi del treball sobre la participació de les forces bipolars dels microtúbuls del fus mitòtic en la resolució de les cromàtides germanes. Part de les capes de cromatina corresponents als dos filaments de cromatina replicats en un cromosoma en prometafase estan representades, respectivament, amb nucleosomes verds i marrons (l'ADN que connecta els nucleosomes de cada capa no es mostra en aquest esquema).}

En aquest treball hem plantejat la hipòtesi que les forces de tracció del fus bipolar poden provocar el lliscament de les capes de cromatina alternes en direccions oposades, facilitant així la resolució de les cromàtides germanes. Aquesta hipòtesi està recolzada per dues condicions favorables addicionals: (1) l'orientació (paral·lela a les capes apilades) dels microtúbuls és adequada per produir el lliscament de les capes en direccions oposades, i (2) la resistència viscosa al lliscament causada per les interaccions febles entre nucleosomes en capes adjacents es pot superar mitjançant les forces de tracció dels microtúbuls.

En contrast amb els múltiples entrellaçaments topològics que poden produir-se en filaments de cromatina desorganitzats, cada volta del doble helicoide genera només un enllaç topològic que pot ser eliminat mitjançant topoisomerasa II (enzim abundant en els cromosomes mitòtics). Després, l'apilament espontani de totes les capes de cromatina de cada cromàtide dona lloc a les dues cromàtides germanes completament resoltes. Creiem que aquest mecanisme basat en el lliscament de capes produït per forces bipolars dels microtúbuls i la formació d'estructures finals estables també podria estar implicat en la segregació dels cromosomes homòlegs recombinats durant la formació de cèl·lules reproductores (meiosi).