18.9:

18.9: Legame dei cromatidi fratelli

Attachment of Sister Chromatids

JoVE Core
Molecular Biology

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JoVE Core Molecular Biology

Attachment of Sister Chromatids

18.8: Spindle Assembly

18.10: Forces Acting on Chromosomes

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02:57 min

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April 07, 2021

Overview

As cells progress into mitosis, the nuclear envelope breaks down, and the condensed chromosomes are exposed to the array of bipolar microtubules of the mitotic spindle. The kinetochore, a large, disc-shaped protein complex, is present at the centromere region of the sister chromatids and acts as a binding site for the microtubules. Usually, the plus-end of a single microtubule is embedded within the kinetochore. However, some kinetochores first establish lateral contact with the side-wall of a microtubule. Such laterally attached kinetochores move along the microtubule wall with the help of the motor proteins and eventually forming a stable head-on attachment with the plus-end of the microtubule. Initially, chromosomes may have a monotelic attachment, where only one sister kinetochore is attached to a single spindle pole, and the other sister kinetochore remains unattached to microtubules. Subsequently, the unattached sister kinetochore connects with the microtubule from the opposite spindle, resulting in an amphitelic attachment. Amphitelic attachment of the sister chromatids is a prerequisite for accurate segregation of the chromosomes.

The kinetochore-microtubule interaction can also result in incorrect attachments. A syntelic attachment is when both kinetochores of the sister chromatids attach to microtubules from the same spindle pole. A merotelic attachment forms when the microtubules from opposite poles bind to the same kinetochore. Syntelic and merotelic attachments result in chromosomal segregation errors and can be corrected by Aurora-B kinase-dependent mechanisms.

Once a single microtubule has established the correct head-on connection with the kinetochore, additional microtubules from the same spindle can bind to the kinetochore, resulting in the formation of a kinetochore fiber. Such kinetochore fibers can contain 10 to 40 microtubules in animal cells.

The correct microtubule-kinetochore binding generates tension within the kinetochore from opposing forces, where the sister-chromatid cohesive force resists the poleward pull along the microtubules. The kinetochore tension triggers an increase in microtubule-binding affinity, thereby locking the stable attachment in place and ensuring the biorientation of sister chromatids.

Transcript

Durante la mitosi, in seguito all’assemblaggio di un array di microtubuli bipolari, i microtubuli cinetocore si attaccano ai cromatidi fratelli.

I microtubuli si attaccano a ciascun cromatide tramite il cinetocore situato al centromero. Più microtubuli dello stesso polo del fuso possono legarsi a un singolo cinetocore per formare la fibra di cinetocore.

Il cinetocore è un complesso proteico multistrato. Lo strato interno del cinetocore assicura il complesso cinetocoro con il cromatide fratello. Lo strato esterno del cinetocore comprende complessi proteici specializzati, a forma di bastoncino, chiamati Ndc80 che collegano i microtubuli con il cinetocore.

Copie multiple del complesso Ndc80 si legano alle estremità positive dei microtubuli. Il legame di Ndc80 consente la polimerizzazione e la depolimerizzazione dei microtubuli all’estremità positiva mentre è legata al cinetocoro.

I cinetocori su una coppia di cromatidi fratelli si attaccano ai microtubuli che emanano dai poli opposti del fuso mitotico, determinando il biorientamento dei cromatidi fratelli.

Il bi-orientamento genera alti livelli di tensione all’interno dei cinetocori dei cromatidi fratelli. Forti forze verso i poli esercitate dai microtubuli tirano i cinetocori verso i poli opposti del fuso. Una forza opposta risultante dalla coesione del cromatide fratello resiste alla forza verso il polo. La tensione viene utilizzata per rilevare il corretto bi-orientamento dei cromosomi.

Un meccanismo di rilevamento della tensione coinvolge una proteina chinasi, Aurora B, legata allo strato interno del cinetocore. Durante la minima tensione o l’assenza di tensione, la chinasi Aurora B riposa in prossimità fisica dello strato esterno cinetocoreo, dove può fosforilare i complessi Ndc80. Questa fosforilazione riduce l’affinità per il legame dei microtubuli.

Una volta che i cromatidi fratelli si sono biorientati, gli effetti opposti delle forze opposte verso i poli allontanano lo strato cinetocoro esterno dallo strato cinetocoro interno, allontanando fisicamente e impedendo alla chinasi Aurora B di fosforilare i complessi Ndc80.

Le proteine Ndc80, in uno stato non fosforilato, rafforzano l’attacco dei microtubuli esistenti e mostrano una maggiore affinità per ulteriori microtubuli. Questi cambiamenti consentono ai microtubuli di formare attacchi stabili con il cinetocore.

L’attacco riuscito dei cromatidi fratelli ai poli opposti del fuso tira i cromosomi avanti e indietro per assumere una posizione equidistante dai due poli, alla piastra di metafase.

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Attacco Cromatidi Fratelli Mitosi Involucro Nucleare Cromosomi Cinetocore Microtubuli Bipolare Estremità Positiva Contatto Laterale Attacco Stabile Attacco Monotelico Attacco Anfitelico Segregazione Attacco Sintelico Attacco Merotelico