Multidisciplinarni tim istraživača pod vodstvom prof. dr. sc. Ive Tolić s Instituta Ruđer Bošković (IRB) prvi put je proveo eksperiment u kojem su komprimirali diobeno vreteno na polovima kako bi utvrdili zašto je njegova kiralnost važna za stanične procese, zašto nastaje i koji su to motorni proteini odgovorni za pojavu kiralnosti.

Rezultati istraživanja izuzetno su važni za razumijevanje staničnih procesa i objavljeni su u uglednom znanstvenom časopisu »Current Biology«.

Ovo je područje, koje je već dulje vrijeme predmetom istraživanja tima Ive Tolić, značajno za razumijevanje nastanka bolesti poput raka i genetskih poremećaja.

Hrvatski znanstvenici jedini su u svijetu koji se bave ovim istraživačkim područjem, što njihova saznanja čini još vrednijima.

Složena struktura

Diobeno vreteno, vrlo složena struktura sačinjena od mikrotubula, tankih proteinskih cjevčica koje razdvajaju genetski materijal, te pripadajućih proteina, nastaje na početku stanične diobe.

Sile koje motorni proteini i dinamika mikrotubula proizvode unutar diobenog vretena, ključni su za pravilnu podjelu genetičkog materijala.

Ali kao što u stanici ponekad može doći do pogrešaka u koracima, tako može doći do pogrešaka i kod nastajanja diobenog vretena, te kod razdvajanja kromosoma u stanice kćeri.

Ovakve pogreške mogu dovesti do različitih genetskih oštećenja ili bolesti poput karcinoma.

Proučavanje svojstava i mehanizama koji djeluju u diobenom vretenu pomaže znanstvenicima odgovoriti na pitanja zašto i kako dolazi do takvih grešaka, objašnjavaju na IRB-u. Temelj je to za potencijalni razvoj novih i djelotvornijih lijekova protiv niza bolesti.

Proučavajući diobeno vreteno, tim prof. Tolić s IRB-a i prof. Nenada Pavina s Fizičkog odsjeka Prirodoslovno-matematičkog fakulteta (PMF) došao je 2018. godine do velikog otkrića da je diobeno vreteno kiralno, a to je otkriće zaintrigiralo svjetsku znanstvenu zajednicu i otvorilo nove smjerove istraživanja u staničnoj biologiji.

Njime su naši znanstvenici otvorili brojna pitanja o tome kakvu ulogu kiralnost diobenog vretena ima u diobi kromosoma, te koje je molekularno podrijetlo te kiralnosti.

Prošle godine prof. Pavin i njegov doktorand Arian Ivec osmislili su metodu za mjerenje kiralnosti vretena, tzv. »Metodu kosog kruga« za mjerenje zakrivljenosti i uvijanja snopova mikrotubula diobenog vretena.

U novom istraživanju, multidisciplinarni tim istraživača s IRB-a, PMF-a i Fakulteta elektrotehnike i računarstva (FER) Sveučilišta u Zagrebu postavio je tezu da kiralnost diobenog vretena povećava izdržljivost vretena pod silom.

Kako bi dokazale ovu tezu, doktorandice u grupi Tolić te prve autorice na radu, Monika Trupinić, Barbara Kokanović i Ivana Ponjavić, provele su eksperiment na laserskom pretražnom mikroskopu, tijekom kojeg su komprimirale vretena duž njihove osi. Stisnule su ih na polovima, što je rezultiralo skraćivanjem vretena i povećanjem uvijanja.

– Do sada nitko nije proveo ništa slično. Stiskanjem diobenog vretena na polovima pokazali smo da diobeno vreteno radi oštrije zavoje te pod utjecajem sila reagira tako da postaje uvijenije, bez pucanja.

Ovo svojstvo vretena je izuzetno važno jer su sve stanice u našem organizmu, pa tako i diobeno vreteno, konstantno izloženi različitim silama.

Upravo, zahvaljujući kiralnosti diobeno vreteno može apsorbirati te sile te tako omogućiti neometanu diobu stanice, objašnjava Ivana Ponjavić, doktorandica u grupi prof. Tolić i jedna od prvih autorica na radu.

Praktična primjena

– U ovom smo istraživanju pokazali da kiralnost vretena ovisi o vanjskim silama i o motornim proteinima koji vrte mikrotubule unutar snopa te, ono najvažnije, pokazali smo da je biološka uloga kiralnosti omogućiti mehanički odgovor diobenog vretena na sile, tako da se vreteno jednostavno jače uvije pod pritiskom, poput opruge.

Zbog toga se smanjuje rizik od loma vretena pod velikim opterećenjem, a time i rizik od pogrešne podjele kromosoma, zaključuje prof. dr. sc. Iva Tolić, voditeljica istraživanja.

Doktorandica Monika Trupinić prvi je autor istraživanja, i otkriva kako joj je ono izuzetno važno u njezinoj znanstvenoj karijeri.

Najveći je presedan u istraživanjima tima kojem pripada, kaže, bilo samo otkriće da je vreteno kiralno. Posljednji je eksperiment bio usmjeren na to da se vidi kako se ta kiralnost generira, i koja bi mogla biti potencijalna biološka uloga takve kiralnosti.

Na pitanje koje je uvijek usmjereno prema znanstvenicima – kako se u praktičnoj primjeni može upotrijebiti njihova saznanja, hoće li to biti temelj za istraživanje novih lijekova i terapija, odgovara kao i većina njenih kolega:

»Ovo je jako fundamentalno istraživanje, ono je osnova, a na temelju njega postoji niz mogućnosti za daljnja istraživanja u različitim smjerovima.«

– Diobeno vreteno je najvažnija struktura u stanici. Što god se na njemu napravi, je bitno za dalje. Diobeno vreteno je odgovorno za dalje prenošenje genetske informacije kad se stanice dijele.

Da bi se pravilno podijelio genetski materijal, važno je imati dobro diobeno vreteno. To je jako bitno, ističe.

Na diobenom vretenu puno je proteina koji bi potencijalno mogli biti kandidati za razvoj različitih lijekova, osobito kad je riječ o tumorima.

Ali Monika i ostatak tima sad su se više bavili mehaničkim svojstvom i oblikom diobenog vretena za koje još, kaže, moraju puno bolje utvrditi zašto je zapravo važno.

– Mi smo sad pokazali da bi ta kiralnost eventualno pomogla kod djelovanja vanjske sile, kad neka vanjska sila utječe na diobeno vreteno, onda ga štiti od pucanja, naprezanja i slično. Ali ima još jako puno potencijala za daljnja istraživanja, veli.

Cilj im je produbiti biološko značenje kiralnosti, vidjeti na koji način kiralnost utječe na pravilnu podjelu kromosoma…

– Voljeli bismo utvrditi hoće li neka vretena koja nisu tako kiralna imati lošiju podjelu ili bolju podjelu, odnosno vidjeti što ta kiralnost u konačnici daje stanici i diobenom vretenu, hoće li biti zdravija ako je kiralna ili će biti zdravija ako je ravnija, objašnjava mlada znanstvenica, ponosna što je dio istraživačkog tima koji se praktički jedini u svijetu ozbiljno bavi ovom temom.