La sobreabundancia de la proteína PRC1, que es esencial para la división celular, es un signo revelador en muchos tipos de cáncer, incluyendo el de próstata, ovario y mama.

Una nueva investigación, publicada hoy en línea en Developmental Cell, muestra que el PRC1 actúa como un "pegamento viscoso" durante la división celular, controlando con precisión la velocidad a la que dos conjuntos de ADN se separan cuando una sola célula se divide.

El hallazgo podría explicar por qué demasiado o demasiado poco PRC1 interrumpe ese proceso y causa errores genómicos relacionados con el cáncer.

"El PRC1 produce una fuerza de fricción viscosa, una resistencia que aumenta con la velocidad", dijo Scott Forth, profesor asistente de ciencias biológicas y miembro del Centro de Biotecnología y Estudios Interdisciplinarios del Instituto Politécnico Rensselaer.

"La fricción que produce es similar a la del agua - si tratas de mover tu mano a través del agua lentamente, te mueves fácilmente, pero si empujas tu mano rápidamente, el agua empuja hacia atrás con fuerza".

En el nivel esencial del ADN, las proteínas motoras y los microtúbulos, la biología se basa en la física.

Durante la etapa mitótica de la división celular, una sola célula debe copiar su ADN en dos conjuntos idénticos, y luego rápida y eficientemente separar ese ADN en dos nuevas células hijas.

Es un acto físico, y la estructura celular que lo hace, el huso mitótico, es una máquina que utiliza fuerzas mecánicas - empujar, tirar y resistencia - para completar la tarea.

"Pensamos que la fuerza que produce el PRC1 se integra y amortigua los movimientos celulares a medida que el ADN se separa, de modo que en última instancia, se obtiene la tasa correcta de segregación cromosómica", dijo Forth.

Pero si el proceso se estropea, las células terminan trabajando con el manual de instrucciones equivocado, lo que puede conducir al crecimiento incontrolable del cáncer.

El laboratorio de Forth examina las fuerzas físicas ejercidas por los componentes de las estructuras celulares como el huso mitótico.

El huso se forma cuando dos centrosomas, toman una posición en lados opuestos de los dos conjuntos de cromosomas recién creados, y con suerte idénticos, se agrupan cerca del centro de la célula.

Una densa red de microtúbulos se extiende desde los centrosomas, formando una jaula que rodea y conecta los cromosomas.

Entonces los microtúbulos, ayudados por millones de proteínas y proteínas motoras, empiezan a acortarse y a deslizarse, tirando de los cromosomas hacia los centrosomas, hasta que los dos conjuntos se han separado.

El PRC1 es un "cross-linker", una larga y elástica molécula con una cabeza en cada extremo que une dos microtúbulos a lo largo de su longitud. Cerca del centro del huso mitótico, grandes cantidades de PRC1 unen grupos de microtúbulos en haces.

El equipo de Forth creó una versión controlada del mecanismo de deslizamiento de los microtúbulos en el laboratorio y utilizó una técnica de atrapamiento óptico para medir la fuerza de fricción que el PRC1 ejerce entre los microtúbulos que se deslizan.

El atrapamiento óptico se basa en un rayo láser fuertemente enfocado que atrae un objeto - en este caso, una minúscula perla de poliestireno - fijado al microtúbulo.

Los investigadores utilizan el rayo láser para tirar de la cuenta - similar al "rayo tractor" de la ciencia ficción - y convertir el cambio en luz refractada a medida que la cuenta resiste la atracción de la trampa en una medida directa de fuerza.

El equipo también marcó el PRC1 con una molécula fluorescente, permitiéndoles observar su movimiento y distribución cambiante a medida que los microtúbulos se separaban.

Utilizaron un microscopio de fluorescencia de reflexión interna total para recoger imágenes del experimento mientras registraban simultáneamente las fuerzas.

Forth y sus colegas encontraron que, a medida que se añade más proteína al sistema, los microtúbulos encuentran más resistencia al moverse más rápidamente.

Esencialmente, el PRC1 se comporta como un pegamento que mantiene la célula unida.

"Como muchos procesos biológicos, es un poco el problema de Ricitos de Oro", dijo Forth.

"Si no tienes esta proteína, estás en problemas, porque la célula falla en la división. Si tienes demasiada, creemos que se encoge y mantiene todo unido demasiado, lo que puede ser la forma en que esta proteína se vincula al cáncer. Hay una especie de punto dulce en la división de células sanas, donde hay la cantidad justa controlando las tasas con cuidado y precisión."

"Esta investigación revela el funcionamiento interno de un mecanismo fundamental de la biología, proporcionando conocimientos que nos posicionan mejor para derrotar el cáncer", dijo Curt Breneman, decano de la Escuela de Ciencias.

"Es un estudio cuidadosamente y bellamente diseñado, cuyos resultados han creado una base sobre la que se pueden construir futuras estrategias contra el cáncer".

"La proteína mitótica de enlace cruzado PRC1 actúa como un poste mecánico para resistir el deslizamiento de microtúbulos" fue publicado en Developmental Cell.

A Forth se le unieron en la investigación los estudiantes graduados de RPI Ignas Gaska, April Alfieri, y el estudiante universitario de RPI Mason Armstrong.

Fuente: Rensselaer Polytechnic Institute