El papel crítico de PLK1 en la división celular

Las quinasas tipo polo (PLKs) son un grupo de proteínas que ayudan a controlar procesos clave en la división celular. Son especialmente importantes durante el ciclo celular, la serie de eventos que conducen a la división celular. Las PLKs se encuentran en áreas de la célula como el centrosoma, la envoltura nuclear y el cinetocoro, que son cruciales para organizar y separar los cromosomas.

Las PLKs tienen una parte especial en su extremo llamada dominio de unión a polo (PBD). Esta parte les ayuda a unirse a ciertos sitios dentro de la célula, específicamente a secuencias cortas de otras proteínas que han sido marcadas con un grupo fosfato. Estas relaciones son importantes para que las PLKs funcionen correctamente, especialmente durante la división celular.

#Rol de PLK1 en el Cinetocoro

Una de las PLKs más estudiadas es PLK1, que es muy importante en el cinetocoro, una estructura que asegura que los cromosomas se separen correctamente durante la división celular. PLK1 ayuda a controlar varios procesos, como el punto de control de ensamblaje del huso, que evita que la célula se divida hasta que todo esté listo. Hay muchas proteínas que interactúan con PLK1, pero cómo PLK1 encuentra el camino hacia estos lugares aún se entiende solo parcialmente.

En el cinetocoro externo, PLK1 interactúa con una proteína llamada BUB1, que ayuda a asegurar que los cromosomas estén correctamente unidos a las fibras del huso. Dentro del cinetocoro, PLK1 también trabaja con un grupo de proteínas conocidas como CCAN. Aunque sabemos mucho sobre cómo funciona PLK1 en el cinetocoro externo, sus roles en el cinetocoro interno son menos claros.

#Importancia de C. elegans en Estudios de División Celular

El nematodo C. elegans es un organismo modelo valioso para estudiar la división celular. Los investigadores han estado investigando cómo opera PLK1 dirigido al cinetocoro interno durante la primera división celular del embrión. Un jugador clave en este proceso es una proteína llamada CENP-C, que se cree que ayuda a guiar a PLK1 hacia el cinetocoro interno.

#Reclutamiento de PLK1 por CENP-C

Hallazgos recientes han mostrado que CENP-C es un receptor que ayuda a reclutar a PLK1 al cinetocoro interno. Al investigar embriones de C. elegans, los investigadores observaron que cuando se agotó CENP-C, la cantidad de PLK1 en el cinetocoro disminuyó significativamente durante la división celular. Esta caída también ocurrió cuando se analizó una versión mutante de CENP-C, que no podía unirse a PLK1.

La caída en los niveles de PLK1 fue notable poco después de que se rompió la envoltura nuclear y alcanzó su punto máximo durante la metafase, una etapa en la que los cromosomas se alinean en el centro de la célula. Importante, no unirse a CENP-C no afectó la presencia de PLK1 en otros lugares, lo que indica que CENP-C es un camino separado para llevar a PLK1 durante la división celular.

#CENP-C y Reclutamiento de CDC-20 en el Cinetocoro

PLK1 atraído por BUB1 es necesario para llevar otra proteína llamada CDC-20 al cinetocoro. Sin embargo, PLK1 dirigido por CENP-C no parece tener un rol similar para CDC-20. Los estudios mostraron que incluso cuando CENP-C estaba mutado, CDC-20 todavía estaba presente en el cinetocoro.

Además, al examinar el tiempo que tomó desde la ruptura de la envoltura nuclear hasta el inicio de la anafase, una etapa en la que los cromosomas comienzan a separarse, los embriones con la mutación de CENP-C mostraron una duración ligeramente más corta en comparación con aquellos con la mutación de BUB1. Esto sugiere que PLK1 dirigido por CENP-C tiene una función diferente a la de PLK1 dirigido por BUB1 durante la división celular.

#Efectos de CENP-C en el Comportamiento de los Cromosomas

Para entender mejor qué controla PLK1 dirigido por CENP-C durante la mitosis, los investigadores observaron cómo se movían y separaban los cromosomas. Usaron un método para medir qué tan apretados estaban agrupados los cromosomas. Se encontró que cuando se interrumpió PLK1 dirigido por CENP-C, los cromosomas mostraron problemas significativos de agrupamiento.

Aunque los cromosomas finalmente lograron alinearse cerca unos de otros antes de la anafase, los investigadores notaron que la diferencia entre las condiciones normales y mutadas se volvió menos pronunciada. En términos de separación de cromosomas, los embriones con mutaciones en CENP-C mostraron una separación más rápida en comparación con aquellos con mutaciones en BUB1.

#Relaciones entre Cinetocoro y Microtúbulos

Para obtener una mejor comprensión de cómo PLK1 afecta las fuerzas involucradas en la separación de los cromosomas, los investigadores midieron la distancia entre centrosomas, que son centrales para organizar microtúbulos durante la mitosis. Encontraron que la separación de estos centrosomas se comportó de manera diferente entre embriones normales y embriones mutados en CENP-C.

Durante el tiempo que llevó a la anafase, la distancia entre los centrosomas era más pequeña en los embriones mutados en CENP-C, indicando fuerzas de tracción más fuertes de los microtúbulos vinculados a los Cinetocoros. Sin embargo, más tarde durante la anafase, cuando los cromosomas se estaban separando, la distancia entre centrosomas aumentó más rápidamente en los embriones mutados, lo que sugiere que las fuerzas de los microtúbulos astrales superaron a las de los cinetocoros.

En general, estos hallazgos indican que PLK1 asociado a CENP-C juega un papel importante en el control de cómo funcionan los cinetocoros durante la división celular.

#Interacción con Proteínas del Cinetocoro Externo

Para comprender más sobre cómo PLK1 en el cinetocoro interno afecta la dinámica del cinetocoro externo, los investigadores analizaron dos complejos del cinetocoro externo: MIS12 y NDC80. Analizando estos complejos se mostró que, aunque comenzaron a unirse a la cromatina en tiempos similares tanto en embriones normales como en embriones mutados en CENP-C, la tasa de unión fue en realidad más rápida en los embriones mutados justo después de que se rompió la envoltura nuclear.

Curiosamente, la cantidad de MIS12 y NDC80 presente en los cinetocoros en ausencia de PLK1 unido a CENP-C indicó que esta forma de PLK1 tiene un papel en limitar la cantidad de estas proteínas que se unen a la cromatina durante las primeras etapas de la mitosis.

#Fosforilación y Función del Cinetocoro

Al estudiar el estado de fosforilación de CENP-C y otro complejo de proteínas, los investigadores encontraron que PLK1 podía fosforilar ambos. Esta fosforilación podría ayudar a impulsar el reclutamiento de PLK1. Los resultados llevaron a una hipótesis donde CDK1, otra quinasa importante, trabaja sobre CENP-C para alentar a PLK1 a hacer su trabajo en el cinetocoro.

Esto sugiere que la interacción entre CDK1 y PLK1 es vital para regular cómo funcionan los cinetocoros, aunque se necesitan más estudios para comprender completamente estas interacciones e identificar los objetivos específicos de proteínas de PLK1.

#Consecuencias de Interrumpir las Vías de PLK1

Los investigadores luego exploraron qué pasa cuando se interrumpen las vías de BUB1 y CENP-C para reclutar a PLK1. Encontraron que la alineación y separación de cromosomas se veían significativamente afectadas, con muchos embriones mostrando problemas durante la segregación.

Al observar específicamente la separación de cromosomas, todos los embriones con ambas mutaciones mostraron varias anomalías. A pesar de que se podía detectar algo de PLK1 en los cinetocoros, estaba claro que esto no era suficiente para soportar una separación adecuada de los cromosomas.

Estos resultados destacan la complejidad de los roles de PLK1 durante la mitosis y sugieren que el reclutamiento adecuado de PLK1 tanto al cinetocoro interno como al externo es crítico para una división celular exitosa.

#Conclusión

En resumen, la investigación muestra que PLK1 dirigido al cinetocoro interno juega un papel crucial en regular cómo se comportan los cromosomas durante la mitosis, particularmente en C. elegans. Parece que PLK1 asociado a CENP-C es más vital de lo que se pensaba anteriormente e influye en varios procesos clave, incluyendo qué tan bien interactúan los cinetocoros con los microtúbulos.

A medida que los científicos continúan descubriendo estos detalles intrincados, identificar todas las proteínas y vías específicas involucradas será esencial para comprender cómo se regula la división celular en diferentes organismos. Los estudios en curso enfatizan la necesidad de explorar no solo los roles de proteínas conocidas, sino también el potencial de otras proteínas para contribuir a la compleja danza de la segregación de cromosomas durante la división celular.