Programes de Recerca
Biologia Cel·lular i del Desenvolupament
Organització microtubular
Jens Lüders
Cap de Grup
Tel Oficina : +34 93 40 20203
Tel Lab : +34 93 402 02 01
correu-e : jens.luders
irbbarcelona.org
Introducció
Si ets un estudiant altament motivat o un investigador jove interessat en unir-te al nostre grup de recerca envia'ns un email a jens.ludersirbbarcelona.org.
Els microtúbuls són polímers tubulars composats de dues proteïnes -α- i β-tubulina- i són components del citoesquelet eucariota. Un gran nombre de processos cel.lulars depenen dels microtúbuls, fet que els converteix en eines indispensables per la proliferació i diferenciació cel·lular.
El desenvolupament animal requereix de microtúbuls en totes les seves fases. Aquests tenen fins i tot un rol abans de la fertilització, que consisteix a unir els fusos durant les divisions cel·lulars meiòtiques per a produir ou i esperma així com proporcionar moviment a l’esperma a través del desenvolupament de flagel. Després de la fertilització, els microtúbuls són necessaris per la formació del fus miòtic i la segregació cromosòmica i promoure així la proliferació cel·lular. Quan les cèl·lules es diferencien, els microtúbuls estableixen la polaritat cel·lular i els canvis en la morfologia cel·lular, participen en la comunicació entre les cèl·lules a través de la interacció amb molècules senyalitzadores, i formen part de la migració cel·lular durant la formació de teixit.
Fig.1: Els microtúbuls (vermell) adopten una disposició radial en la interfase (esquerra) i formen un fus bipolar en la mitosis (dreta). L’ADN es mostra en blau.
Els microtúbuls duen a terme tasques diverses a través de la provisió de canals pel transport de molècules, vesícules i orgànuls, la generació de força mecànica amb l’ajuda de proteïnes motores i la formació de xarxes complexes que proporcionen forma i estabilitat. En cèl·lules en divisió, la disposició microtubular experimenta una reorganització dependent del cicle cel·lular i adopta una organització radial en la interfase i la d’un fus bipolar durant la mitosis (Fig. 1). En cèl·lules diferenciades, els microtúbuls tenen un nombre important de conformacions diferents, que compleixen amb les necessitats especials i funcions de cada tipus de cèl·lula (Fig. 2).
Fig.2: Tipus de cèl·lules diferenciades amb xarxes microtubulars especialitzades (en vermell) organitzades per MTOCs (verd). Nuclis mostrats en blau.
L’agrupació de xarxes microtubulars ordenades involucra centres organitzadors de microtúbuls (COMTs), que conformen el nucli de la polimerització microtubular i controlen la unió i alliberament de microtúbuls. Un COMT conegut en cèl·lules animals és el centrosoma. Tot i que el centrosoma ha estat objecte d’estudi des del seu descobriment per Theodor Boveri a finals del segle XIX, els coneixements sobre la seva biologia són encara molt limitats. Les anormalitats del centrosoma són comuns en cèl·lules tumorals i han estat associades a inestabilitat genòmica i càncer. Els centrosomes juguen a més un paper en la diferenciació cel·lular, tal com les divisions asimètriques de cèl·lules mare i el creixement dels axons en les neurones. Diverses malalties genètiques estan associades amb defectes en el centrosoma. Exemples hi inclouen la lisencefàlia, un trastorn del desenvolupament neuronal provocat per mutacions en els gens que codifiquen proteïnes associades a centrosomes i que afecten la migració de neurones, i la microcefàlia, un desordre de mitosis neurogènica amb creixement cerebral fetal reduït que implica defectes en els gens que afecten vàries proteïnes associades al centrosoma i al fus. Per a augmentar el coneixement dels mecanismes moleculars d’aquestes malalties és necessari identificar i caracteritzar les proteïnes que són crítiques per la funció del centrosoma i l’organització microtubular.
Fig. 3: El centrosoma animal, format per dos centríols (centriol mare amb apèndixs distal i subdistal i centríol filla) envoltats de MPC. γ-TuRCs en el MPC nuclegen els microtúbuls.
El centrosoma, format per dos centríols envoltats d’una matriu proteica densa coneguda com a material pericentriolar (MPC), ha estat recentment demostrat que està composat per centenars de proteïnes (Fig. 3). Contràriament al que suggerien els models inicials, els centríols, cilindres amb forma de barril orientats perpendicularment els uns als altres i composats de triplets de microtúbuls organitzats amb precisió, no són necessaris en l’organització de microtúbuls. Aquesta funció requereix de components del MPB com la y-tubulina, un altre membre de la superfamília tubulina. A diferència de la α- y β-tubulina, la &gamm;-tubulina no s’incorpora en el polímer microtubular. Aquesta forma part d’un gran complexe proteic, l’anell de γ-tubulina (γ-TuRC), que aglutina la polimerització microtubular.
Els γ-TuRCs no es troben únicament en el centrosoma; també són presents al voltant del citoplasma i, en mitosis, estan associats amb microtúbuls del fus mitòtic (Fig. 4), que indiquen una funció centrosòmica independent en l’organització dels fusos. A més, els γ-TuRCs també es localitzen en COMTs no centrosòmics. Durant la diferenciació del muscle esquelètic, per exemple, els mioblasts es fusionen per formar miotubs nucleats, en els quals la γ-tubulina es relocalitza a un COMT no centrosòmic en l’embolcall nuclear (Fig. 2). En l’actualitat es coneix molt poc del paper de la γ-tubulina i d’altres proteïnes centrosòmiques en zones no centrosòmiques.
Fig. 4: Durant la mitosis, la tinció de la γ-tubulina (verd) revela una localització difosa a nivell citoplasmàtic i concentrada a nivell centrosòmic en els pols del fus. Addicionalment, la γ-tubulina està associada als microtúbuls del fus. Els cromosomes s’observen en blau.
Camps d'Investigació
Com s’agrupen els microtúbuls en xarxes altament organitzades de varis tamanys i formes i com s’aconsegueix remodelar aquestes xarxes són qüestions fonamentals en la biologia cel·lular. El nostre laboratori tracta aquestes qüestions a través de l’estudi de molècules que determinen on i quan es formen els microtúbuls. Un dels nostres objectius és entendre, a nivell molecular, com la γ-TuRC i d’altres proteïnes promouen l’agregació microtubular, tant en la divisió com en les cèl·lules diferenciades, i com es regulen les vies centrosòmiques i no-centrosòmiques. La nostra investigació també es centra en analitzar els requisits moleculars per construir COMTs variats, incloent-hi la interacció de γ-TuRC amb aquestes estructures, que és crítica per la funció del COMT. Com a sistema model combinem el cultiu de teixits cel·lulars amb la reconstrucció de camins cel·lulars in vitro utilitzant extracte preparat d’ous de Xenopus laevis i proteïnes purificades.
RSS
facebook
YouTube
