La dineïna és essencial per a la vida i proliferació de les cèl·lules animals. Liderat per l’IBMB-CSIC, el treball revela un nou mecanisme que regula la dineïna durant la divisió cel·lular. Pot obrir noves estratègies de recerca per a malalties causades per problemes en el desenvolupament i les neurones.
La dineïna és un complex de proteïnes essencial per a la vida a la major part d’organismes eucariotes. Actua com un motor, transportant les molècules i els orgànuls que es requereixen en diferents processos i parts d’una cèl·lula. Ho fa movent-se per sobre dels microtúbuls, polímers de proteïna que es podria dir que són com les carreteres o autopistes de les cèl·lules.
“En animals, una cèl·lula sense dineïna és una cèl·lula inviable”, explica Joan Roig, investigador de l’Institut de Biologia Molecular de Barcelona (IBMB-CSIC). “Les cèl·lules necessiten moure i reorganitzar els seus components interns per realitzar diferents processos biològics com ara dividir-se. La dineïna és un dels motors centrals en aquest i multitud d’altres processos”.
Per poder portar les diferents molècules, la dineïna interacciona amb la dinactina (un altre complex de proteïnes) i amb “adaptadors” on acobla les diferents càrregues que ha de transportar. La regulació d’aquests adaptadors és un aspecte central de la fisiologia de la cèl·lula, però encara se’n coneix molt poc.
Ara, una investigació de l’Institut de Biologia Molecular de Barcelona del CSIC (IBMB-CSIC), de l’IRB Barcelona i del Centre Nacional d’Investigacions Oncològiques (CNIO), ha descobert com s’activa un d’aquests adaptadors, BICD2, per unir-se a la dineïna, posar-la en marxa i moure així els centrosomes, estructures essencials a la divisió cel·lular.
El treball, liderat per Joan Roig, i amb Núria Gallisà-Suñé com a primera signant, tots dos de l’IBMB-CSIC, apareix a Nature Communications. Per part de l’IRB Barcelona i el CNIO, hi participen els grups dirigits per Jens Lüders i Oscar Llorca respectivament.
Mecanisme essencial en el desenvolupament
Cada cop que una cèl·lula es divideix, el seu centrosoma es duplica i els dos centrosomes resultants es mouen cap a extrems oposats de la cèl·lula, des d’on sorgiran les dues noves cèl·lules. Per a aquest transport dels centrosomes cal la intervenció de la dineïna. El treball revela de quina manera BICD2 s’activa i posa en marxa aquesta darrera durant les etapes inicials de la divisió cel·lular.
“El nostre treball descriu un nou mecanisme de regulació de la dineïna basat en una modificació de l’adaptador mitjançant la fosforilació. Expliquem com l’adaptador és fosforilat seqüencialment per dues de les proteïnes quinases, CDK1 i PLK1, que controlen la divisió de la cèl·lula”, explica Joan Roig.
La fosforilació és una reacció bioquímica que regula nombrosos processos moleculars. Tal com ha pogut veure l’equip mitjançant microscòpia electrònica i diferents tècniques bioquímiques, BICD2 existeix en una conformació tancada, i la modificació per fosforilació fa que BICD2 tendeixi a “obrir-se”, de manera que és capaç d’interaccionar amb la dineïna i la dinactina, i formar un complex motor actiu.
Fins ara es pensava que la unió de la càrrega a l’adaptador obria aquest últim, permetent formar el complex actiu i engegar el motor, sense més intervenció de cap altre procés o molècula. El treball revela la importància de la fosforilació com a mecanisme alternatiu i en diferents casos essencial de regulació de la dineïna.
Noves vies de recerca
Aquesta investigació no només aporta detalls sobre un mecanisme essencial per a la supervivència de les cèl·lules, sinó que pot obrir noves estratègies de recerca per a malalties causades per problemes en la divisió cel·lular i el desenvolupament i en les neurones, que en diferents casos són el resultat de una funció anòmala de la dineïna i els seus reguladors.
La separació correcta dels centrosomes és molt important a la divisió cel·lular. Quan això no es produeix de manera adequada, detalla Roig, “es poden produir cèl·lules filles amb un nombre anormal de cromosomes (aneuploides), una condició que pot afavorir l’aparició de càncers, desencadenar avortaments o problemes del desenvolupament que resultin en malformacions d’òrgans , problemes del sistema nerviós central i altres patologies”.
Per una altra banda, les neurones són molt dependents de l’acció de la dineïna, i se sap que les mutacions de BICD2 causen atròfia muscular espinal de predomini a extremitats inferiors (SMALED o síndrome de Kugelberg-Welander). És una malaltia caracteritzada per debilitat muscular i atròfia a les cames, a causa de la pèrdua de neurones motores. Conèixer millor la regulació de BICD2 pot ajudar a comprendre millor aquesta malaltia i el seu origen.
Referencia:
Gallisà-Suñé N, Sànchez-Fernàndez-de-Landa P, Zimmermann F, Serna M, Regué L, Paz J, Llorca O, Lüders J, Roig J. 2023. BICD2 phosphorylation regulates dynein function and centrosome separation in G2 and M. Nat Commun 14:1–20. doi:10.1038/s41467-023-38116-1
Mercè Fernández / CSIC Comunicació
El nou treball estudia el funcionament de la dineïna, un dels motors cel·lulars, en la separació dels centrosomes (els punts grocs a la imatge) durant les fases inicials de la divisió cel·lular. Imatge: Núria Gallisà i Joan Roig (IBMB/CSIC)