Bindung der Schwesterchromatiden

Während der Mitose, nach dem Assemblieren eines bipolaren Mikrotubuli-Arrays, heften sich die Kinetochor-Mikrotubuli an die Schwesterchromatiden.

Mikrotubuli heften sich über das Kinetochor am Zentromer an jedes Chromatid. Mehrere Mikrotubuli vom selben Spindelpol können an ein einzelnes Kinetochor binden, um die Kinetochorfaser zu bilden.

Das Kinetochor ist ein mehrschichtiger Proteinkomplex. Die innere Kinetochorschicht bindet den Kinetochor-Komplex mit der Schwesterchromatid. Die äußere Kinetochorschicht enthält spezialisierte, stäbchenförmige Proteinkomplexe namens Ndc80, die Mikrotubuli mit dem Kinetochor verbinden.

Mehrere Kopien des Ndc80-Komplexes binden an die Plus-Enden der Mikrotubuli. Die Bindung von Ndc80 ermöglicht die Polymerisation und Depolymerisation von Mikrotubuli am Plus-Ende, während es an das Kinetochor gebunden ist.

Kinetochore an einem Schwester-Chromatiden-Paar heften sich an Mikrotubuli, die von entgegengesetzten Polen der mitotischen Spindel ausgehen, was zu einer Bi-Orientierung der Schwesterchromatiden führt.

Die Bi-Orientierung erzeugt ein hohes Maß an Spannung in den Kinetochoren der Schwesterchromatiden. Starke, polwärts gerichtete Kräfte, die von den Mikrotubuli ausgeübt werden, ziehen die Kinetochore in entgegengesetzte Spindelpole. Eine entgegengesetzte Kraft, die sich aus der Schwesterchromatiden-Kohäsion ergibt, widersteht der polwärts gerichteten Kraft. Die Spannung wird verwendet, um die korrekte Bi-Ausrichtung der Chromosomen zu erfassen.

An einem Spannungssensormechanismus ist eine Proteinkinase, Aurora B, beteiligt, die an die innere Kinetochorschicht gebunden ist. Bei minimaler oder fehlender Spannung ruht die Aurora-B-Kinase in physikalischer Nähe zur äußeren Kinetochorschicht, wo sie Ndc80-Komplexe phosphorylieren kann. Diese Phosphorylierung verringert die Affinität zur Bindung von Mikrotubuli.

Sobald die Schwesterchromatiden biorientiert sind, ziehen die gegensätzlichen Effekte entgegengesetzter polwärts gerichteter Kräfte die äußere Kinetochorschicht von der inneren Kinetochorschicht weg, wodurch sie sich physisch distanzieren und verhindern, dass die Aurora-B-Kinase Ndc80-Komplexe phosphoryliert.

Ndc80-Proteine verstärken in einem nicht phosphorylierten Zustand die bestehende Mikrotubuli-Bindung und weisen eine erhöhte Affinität für zusätzliche Mikrotubuli auf. Diese Veränderungen ermöglichen es den Mikrotubuli, stabile Bindungen mit dem Kinetochor zu bilden.

Die erfolgreiche Anheftung der Schwesterchromatiden an die gegenüberliegenden Spindelpole zerrt die Chromosomen hin und her, um eine Position einzunehmen, die gleich weit von den beiden Polen entfernt ist, an der Metaphasenplatte.