35.8: Attaccamento dei cromatidi fratelli

Man mano che le cellule progrediscono nella mitosi, l’involucro nucleare si rompe e i cromosomi condensati vengono esposti alla serie di microtubuli bipolari del fuso mitotico. Il cinetocore, un grande complesso proteico a forma di disco, è presente nella regione centromerica dei cromatidi fratelli e funge da sito di legame per i microtubuli. Di solito, l'estremità positiva di un singolo microtubulo è incorporata nel cinetocore. Tuttavia, alcuni cinetocori stabiliscono prima un contatto laterale con la parete laterale di un microtubulo. Tali cinetocori attaccati lateralmente si muovono lungo la parete del microtubulo con l'aiuto delle proteine motrici e alla fine formano un attacco frontale stabile con l'estremità positiva del microtubulo. Inizialmente, i cromosomi possono avere un attacco monotelico, dove solo un cinetocore fratello è attaccato a un singolo polo del fuso e l'altro cinetocore sorella rimane non attaccato ai microtubuli. Successivamente, il cinetocore fratello non attaccato si connette con il microtubulo del fuso opposto, determinando un attacco anfitelico. L'attaccamento anfitelico dei cromatidi fratelli è un prerequisito per un'accurata segregazione dei cromosomi.

L'interazione cinetocore-microtubuli può anche provocare attacchi errati. Un attacco sintetico avviene quando entrambi i cinetocori dei cromatidi fratelli si attaccano ai microtubuli dello stesso polo del fuso. Un attacco merotelico si forma quando i microtubuli dei poli opposti si legano allo stesso cinetocore. Gli attaccamenti sintetici e merotelici provocano errori di segregazione cromosomica e possono essere corretti da meccanismi dipendenti dalla chinasi Aurora-B.

Una volta che un singolo microtubulo ha stabilito la corretta connessione frontale con il cinetocore, ulteriori microtubuli dello stesso fuso possono legarsi al cinetocore, dando luogo alla formazione di una fibra del cinetocore. Tali fibre del cinetocore possono contenere da 10 a 40 microtubuli nelle cellule animali.

Il corretto legame microtubuli-cinetocore genera tensione all'interno del cinetocore da forze opposte, dove la forza coesiva dei cromatidi fratelli resiste alla spinta verso i poli lungo i microtubuli. La tensione del cinetocore innesca un aumento dell'affinità di legame dei microtubuli, bloccando così l'attacco stabile in posizione e garantendo il biorientamento dei cromatidi fratelli.

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.