חוקרים במכון פרנסיס קריק הראו כי 'הקוצב הקוצב' השולט בתאי שמרים שוכן בתוך הגרעין ולא מחוצה לו, כפי שחשבו בעבר. קיום הקוצב באותו תא כמו ה- DNA של התא עוזר לשמור על יציבות הגנום.
קינאז תלוי ציקלין (CDK) הוא רגולטור המאסטר של מחזור התא-התהליך שבאמצעותו תא מעתיק את תוכנו ואז מתחלק ליצירת שני תאי בת. CDK פעיל רק כאשר הוא קשור לחלבון שני, ציקלון, וזה הצמד הזה של Cyclin-CDK שמציב מפל של אותות המורה לתא לחלק.
מתי ואיפה CDK פעיל מווסת היטב. ניתן לחשוב על המתחם כקוצב הקוצב של חלוקת התא, מכיוון שאם הוא 'מכה' בזמן הלא נכון, חלוקת התא משתבשת קטסטרופלית.
החוקרים חשבו בדרך כלל CDK מופעל לראשונה במבנה שרכיבים מרשלים של מכונות חלוקת התאים. מבנה זה, הצנטרוזום, יושב בציטופלזמה, החלק של התא מחוץ לגרעין. עם זאת, במחקר שפורסם היום ב טֶבַע, ניטין קפדיה, חוקר פוסט-דוקטורט במעבדת מחזור התאים בקריק, הפך את הנוף הארוך הזה.
קביעת קצב חלוקת התאים
לשם כך, ניטין פיתח חיישנים שאיפשרו לו להסתכל בתוך תאי שמרים חיים בודדים, ולפקח על פעילות CDK בו זמנית הן בגרעין והן בציטופלזמה. הוא ראה שהחיישן בגרעין דיווח על שיא בפעילות לפני החיישן בציטופלזמה, כלומר המקום הראשון שהופעל CDK היה הגרעין.
בשלב הבא, ניטין תויגו במולקולות ציקלון באופן פלורסנטיות כדי למפות את תנועותיהן לאחר כבול ל- CDK. כמות הציקלין בגרעין צנחה במקביל לכמות הציטופלזמה עלתה, מה שמרמז כי מיוצאים כמה מתחמי ציקלון CDK פעילים מהגרעין כדי להניע את הצעדים הבאים של מפל האיתות.
הוספת חיישני פעילות CDK לניסוי זה הראתה כי הפעלה גרעינית התרחשה לפני שנשלח Cyclin-CDK לציטופלזמה, שם היא יזמה את פעילות CDK מייד. היה צורך רק כמות קטנה של ציקלון להפעלת CDK בציטופלזמה.
שמירה על מיטוזה והגברת האות
מיטוזה, תהליך שכפול הגנום כדי לתת עותק אחד לכל תא בת, הוא מרכזי בחלוקת תאים מדויקים. השאלה הבאה של ניטין הייתה לשאול כיצד נשאר הגרעין במצב מיטוטי למרות שחלק מה- cyclin-CDK שלו ייצא.
הוא מיפה פעילות CDK בתגובה לכמויות שונות של ציקלון בגרעין ובציטופלזמה, ומצא שהרבה ציקלון צריך להצטבר בגרעין לפני שהופעל CDK. עם זאת, ברגע שהופעל CDK, הגרעין יכול לסבול ירידות בציקלין מבלי להחליק מהמיטוזה. לעומת זאת, כמות קטנה בהרבה של ציקלון יכולה להפעיל CDK בציטופלזמה.
הסיבה לכך היא שסף ההפעלה הגבוה יותר של CDK בגרעין מזדווג את תהליך חלוקת התאים למנגנון לניטור שכפול ונזק של DNA, ובכך מונע מיטוזה להתרחש כאשר ה- DNA אינו 'מוכן'.
כדי לקבוע אם הספיקה להפעלה גרעינית של CDK בכדי להניע תא כדי להתחלק, ניטין חסם את ציקלון מלעזוב את הגרעין וללכת לצנטרוזום, ומצא שזה עצר את הציטופלזמה להיכנס למיטוזיס גם אם הגרעין היה במצב מיטוטי. זה מצביע על כך שחלק מה- cyclin-CDK צריך להגיע לצנטרוזום, שמעביר את האות לשאר התא.
ניטין אמר: "הראינו, בתוך תאים חיים, שהגרעין הוא הקוצב הקוצב לחלוקת תאים, ומאפשר לשכפול DNA להיות מתואם במדויק עם חלוקה. כעת, כשאנחנו יודעים היכן מתחיל התהליך, אנו יכולים לבחון מקרוב את המתרחש בגרעין ואנחנו יכולים להתפרק גם אם כן, אם כן, האם ניתן היה להתפרק גם בתהליך זה.
ישנן עדויות סותרות לגבי היכן מתחילים מיטוזה וחלוקת תאים, וזה מסובך לצפות בתהליך זה בתאים אנושיים מכיוון שיש יותר מורכבות וגורמים סותרים שיש לקחת בחשבון. השימוש במערכת מודל כמו שמרים איפשר לנו לבטל את התהליך הזה, להתבונן באותות ושינויים בזמן אמת, ולהבין כיצד התא מתאם את המיטוזה על פני החלקים השונים של התא. "
פול אחות, מנהל הקריק וראש מעבדת מחזור התא
