U središtu ovog istraživanja nalaze se mikrotubuli, sitne strukture koje u stanicama djeluju kao vodiči. Poput pažljivog dirigenta, oni pomažu kromosomima da se pravilno poslože prije nego što se stanica podijeli. No, u stanicama raka ovi "vodiči" često se kreću prebrzo, što dovodi do pogrešaka u raspodjeli kromosoma i omogućuje širenje bolesti.

U istraživanju, koje su uz dr. Tolić proveli dr. sc. Patrik Risteski, dr. sc. Jelena Martinčić, Mihaela Jagrić i Ana Petelinec, svi redom doktorandi u vrijeme istraživanja, te diplomandica Erna Tintor, znanstvenici su otkrili ključnu ulogu kretanja mikrotubula u pravilnom poravnanju i podjeli kromosoma tijekom diobe stanica. Preciznim prilagođavanjem brzine njihovog kretanja, uspjeli su ispraviti pogreške kako u zdravim tako i u stanicama raka, pružajući uvid u mehanizam koji bi mogao pomoći u eliminaciji stanica koje pokazuju nestabilnost kromosoma, jednog od glavnih pokretača raka.

Zašto je poravnanje kromosoma ključno?

Stanice raka često griješe dok se dijele, a te pogreške nazivamo kromosomskom nestabilnošću. To znači da nove stanice, koje nastaju dijeljenjem, mogu imati previše ili premalo kromosoma. Takva neravnoteža utječe na njihov rast i ponašanje, a može čak pomoći stanicama raka da se brže razvijaju i prilagođavaju, što ih čini otpornijima na terapije. No, upravo to "kaotično" ponašanje kromosoma može biti i slaba točka stanica raka. Zbog toga se danas razvijaju terapije koje ciljaju stanice s kromosomskom nestabilnošću kako bi ih uništile. Prva takva terapija trenutno se testira na ljudima.

Zašto dolazi do tih pogrešaka? Jedan od razloga je nepravilno poravnanje kromosoma tijekom diobe stanice. Kromosomi bi se trebali uredno posložiti u središtu stanice prije nego što se ona podijeli, a da bi se to dogodilo, moraju se "uhvatiti" za mikrotubule - male proteinske strukture koje u stanici djeluju poput pokretnih traka. Te "trake" kreću se prema polovima stanice, a njihovo pravilno kretanje pomaže da se kromosomi poravnaju.

Mihaela Jagrić, Jelena Martinčić i Patrik Risteski

Još uvijek se raspravlja o tome što vodi kromosome prema središnjoj ravnini vretena, a timovi profesorice Tolić i profesora Nenad Pavina s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu u zajedničkom su radu prije nekoliko godina pokazali da je upravo tok mikrotubula prema polovima ključan za poravnanje kromosoma jer dulji mikrotubuli imaju brži tok te povlače kromosom brže od kraćih, pa će kromosom zbog toga završiti u središtu vretena.

No, u stanicama raka ovaj sustav često "podivlja". Mikrotubuli se kreću prebrzo, uzrokujući nepravilno poravnanje kromosoma. To vodi do nestabilnosti kromosoma (CIN), stanja u kojem stanice imaju višak ili manjak kromosoma, a upravo je to jedan od glavnih pokretača napredovanja raka.

Otkriće: "Usporavanje stroja"

Znanstvenici su istražili mogu li usporavanjem mikrotubula ispraviti ove pogreške. Otkrili su da preciznim podešavanjem njihove brzine mogu osigurati pravilno poravnanje kromosoma i spriječiti pogreške tijekom diobe stanica.

Umjesto da utječu na cijeli sustav mikrotubula, fokusirali su se na specifična preklapajuća područja gdje motorni proteini pokreću mikrotubule. Smanjenjem tih preklapanja uspjeli su usporiti prebrzo kretanje i vratiti ravnotežu u sustav.

''U novom radu predstavili smo hipotezu da tok mikrotubula prema polovima ima ključnu ulogu u zaštiti stanica od zaostalih kromosoma i stvaranja štetnih mikronukleusa pri završetku mitoze. Patrik Risteski, tada doktorand u mom timu, zajedno s tri doktorandice i diplomandicom, radio je na ljudskim stanicama sa smanjenom preciznošću diobe. Uz nekoliko različitih pristupa, uspjeli smo ''spasiti'' te stanice, ispravljajući pogreške u diobi.

Ključni korak bio je skraćivanje predugačkih preklopa mikrotubula, koji služe kao platforma za motorne proteine zadužene za stvaranje toka mikrotubula prema polovima. Time smo usporili prebrzi tok i poboljšali poravnanje kromosoma. Sličan smo uspjeh postigli i u stanicama karcinoma jajnika, gdje su doktorandi uspjeli smanjiti pogreške u diobi, otkrivajući potencijal manipulacije toka mikrotubula kao alata za smanjenje ili povećanje kromosomske nestabilnosti u stanicama raka", navodi prof. dr. sc. Iva Tolić.

"Kako bismo došli do ovih otkrića, koristili smo metodu koju sam razvio tijekom svog doktorata, a riječ je o speckle mikroskopiji. Ovom metodom mikrotubuli se oboje bojom u iznimno niskoj koncentraciji, čime se dobiva pjegasti uzorak. Taj uzorak omogućuje praćenje gibanja pojedinačnih mikrotubula unutar diobenog vretena, što inače nije moguće jer se vreteno sastoji od velikog broja mikrotubula, čak oko 6000. Ova metoda nam je pružila ključan uvid u dinamiku mikrotubula i njihovu ulogu u procesima stanične diobe", objašnjava dr. sc. Patrik Risteski.

Novi potencijal za terapije

Iako je kretanje mikrotubula u stanici opaženo još prije 35 godina, njegova ključna uloga postaje jasna tek danas. Ovaj rad ističe potencijal tog procesa u razvoju budućih terapija usmjerenih na stanice raka s određenim obilježjima, poput loše poravnatih kromosoma. Znanstvenici pretpostavljaju da bi terapije usmjerene na ubrzanje toka mikrotubula mogle dodatno poremetiti poravnanje kromosoma i povećavajući stopu pogrešne segregacije kromosoma iznad podnošljivog praga, što bi moglo potaknuti smrt stanica raka.

Istraživanje je provedeno u cijelosti na IRB-u u laboratoriju prof. Tolić, a potpomognuto je financiranjem u sklopu projekta Europskoga istraživačkog vijeća (ERC) Synergy Grant i projekta Hrvatske zaklada za znanost (HrZZ). Istraživački rad doktorandica Mihaele Jagrić i Ane Petelinec financirala je HrZZ. Protokoli za snimanje gibanja mikrotubula razvijeni su na mikroskopu kupljenom u sklopu projekta "Inovativni protokoli mikroskopije za interdisciplinarna istraživanja u medicini" financiranog iz Europskog fonda za regionalni razvoj pod Operativnim programom Konkurentnost i kohezija za razdoblje 2014.- 2020.