Peshkimi i çrregulluar: kur mejoza shkon keq Understand article

Përkthyer nga Klodiana Jani. Pse mejoza shkon shpesh keq? Dhe çfarë janë pasojat?

Në një panair fshati, kaluar makinat e parakolpit dhe pambuk-sheqerin, balli i një fëmije rrudhoset me përqendrim. Ai po përpiqet me zell të nxjerri jashtë një peshk druri nga një pellg plastik, duke përdorur magnetin në fund të grepit të tij të peshkimit. Ngrini skenën, përsëritni gjithë rrugën gjatë zhvillimit të fëmijës, kaloni përtej etapës kur spermatozoidi fekondoi vezën, deri tek momenti kur qeliza vezë u formua, dhe ju do të gjeni një lojë të ngjashme peshkimi. Ndryshimi, sipas shkencëtarëve të Laboratorit Evropian të Biologjisë Molekulare (EMBL; shih kutinë) është se fëmijët që zotërojnë artin e peshkimit me magnet janë ndoshta peshkatarët më të suksesëshëm se makineria e qelizës së vezës (Kitajima et al., 2011).

Kur qeliza vezë, ose oociti, maturohet brenda vezores të një gruaje, ajo i nënshtrohet një lloj ndarje qelizore të quajtur mejozë, në të cilën çiftet e kromozomeve brenda qelizës vezë janë rreshtuar dhe peshkuar larg njeri-tjetrit, dhe gjysma e tyre janë përjashtuar. Kromozomet janë sjellë së bashku kudoqofshin në qelizën vezë (Mori et al., 2011) dhe peshkuar larg njeri-tjetrit me shkopinjë proteinik të quajtura mikrotubtha. Ashtu si shkopi i fëmijës tërheq një peshk lodër nëpërmjet magnetit, një mikrotubth kap një kromozom tek kinetokori i tij – që është një grup proteinash dhe materiali gjenetik në qendrën e formës X të kromozomit.

Duke shqyrtuar qelizat vezë te miut nën mikroskop, shkencëtari Tomoya (Tomo) Kitajima nga EMBL ishte i pari që ndoqi lëvizjet e gjithë kinetokoreve në një qelizë vezë gjatë ndarjes qelizore – gjithë 10 orët e saj. “Ne ishim në gjendje, për herë të parë, të ndiqnim gjurmët e gjithë kinetokoreve gjatë gjithë procesit të ndarjes qelizore – nuk është vetëm një çast i veçantë kur është e paqartë se ku kjo pjesë e kromozomit është – dhe kjo është me të vërtetë një zbulim i madh në këtë fushë, i arritur në këto qeliza të mëdha dhe të ndjeshme nga drita”, thotë Jan Ellenberg, i cili drejton grupin kërkimor.

Tomo përdori programin fillimisht I zhvilluar në laboratorin e Jan-it, i cili lejoi atë të programojë një mikroskop me lazer për të gjetur kromozomet në hapësirën e gjerë në brendësi të qelizës vezë, dhe pastaj për ti filmuar ato gjatë ndarjes qelizore. “Oociti është një qelizë e madhe, por kromozomet qëndrojnë vetëm në një pjesë të vogël të kësaj qelize, dhe kjo është ajo pjesë që ne ishim të interesuar. Pra, në thelb, ne i bëmë mikroskopet tona aq mendjehollës sa ata mund të njohin ku janë kromozomet dhe pastaj të përqëndrohen, në hapësirë dhe kohë, vetëm në atë zonë,” shpjegon Jan.

Duke e fokusuar mikroskopin vetëm në atë pjesë të qelizës ku vendndodhen kromozomet, Tomo ishte në gjendje të merrte imazhe me rezolucion të lartë në intervale kohe prej një minut e gjysëm, i cili i dha atij një tablo shumë të qartë të procesit. Dhe, sepse mikroskopi lëshonte dritë vetëm në atë zonë të vogël të oocitit, ai i shkaktoi më pak dëme qelizës, dhe mundësoi shkencëtarët për ta mbajtur imazhin gjatë 10 orëve të ndarjes qelizore (shih kutinë për të mësuar më shumë mbi mikroskopin mendjehollës).

Të kthyher përsëri tek pellgu i peshkimit, temperamentet shpërthejnë dhe akuzat me zëra çjerrës rriten: “Ky është një mashtrim! Ti nuk mund ta shtysh peshkun me shkop!” Në sajë të punës së Jan-it dhe Tomo-s, fëmija i akuzuar mund të argumentojë, në vetëmbrojtje, se qelizat e tij kishin njësojë ‘mashtruar’ para se ai të lindte. Kur shkencëtarët e EMBL-it analizuan vidjot, ata zbuluan para se mikrotubthat ti bashkëngjiten kinetokoreve, ata i shtyjnë kromozomet në një pozicion të favorshëm, njëlloj si fëmija që rivendos peshkun me fundin e shkopit të tij. Mikrotubthat i shtyjnë lehtë krahët e kromozomeve, i grumbullojnë kromozomet në formën e një unazë nga e cila ata mund, pastaj, ti peshkojnë kromozomet më lehtë.

“Por edhe me këtë para-pozicionim, ky proces ende nuk punon shumë mirë”, thotë Jan. “Ne vumë re se 90% e lidhjeve kinetokore ishin fillimisht themeluar gabimisht, dhe mikrotubthat duhet ti çlironin kromozomet dhe të përpiqeshin ti kapnin përsëri – mesatarisht, kjo duhej të bëheshe tre herë për kromozom.”

Shkencëtarët në SHBA kanë tani zbuluar se i njëjti ‘mashtrim’ ndodh edhe në llojin tjetër të ndarjes qelizore, që qelizat tona i nënshtrohen gjatë rritjes, ose kur indet, si për shëmbull lëkura, rigjenerohet (Magidson et al., 2011). Në këtë lloj të dytë të ndarjes qelizore, të quajtur mitozë, një qelizë ndahet në dy qeliza bijë, secila me të njëjtën sasi të materialit gjenetik si ‘qelizave nënë’, në vend të gjysmës së materialit gjenetik si në mejozë. Por zbulimet e Jan-it dhe Tomo-s theksojnë se peshkimi i kromozomeve përfshin më tepër gabime në mejozën e qelizës vezë se në mitozë. Shkalla relativisht e lartë e gabimeve në mejozë mund, shkencëtarët besojnë, të jetë pasojë e një ndryshimi themelor në mënyrën se si mikrotubthat veçojnë kromozomet në dy llojet e ndarjes qelizore.

Gjatë mitozës, mikrotubthat fillojnë të formohen në dy polet e kundërta të qelizës dhe vijnë së bashku në një strukturë në formën e limonit – i quajtur boshti qelizor – që pastaj tërheqin çdo çift kromatid në njërën anë, ose polet. Por në mejozë, si kishte grupi i Jan-it zbuluar disa vjet më parë (Schuh & Ellenberg, 2007), mikrotubthat e boshtit qelizor konvergjojnë fillimisht nga më shumë se 80 pika të ndryshme, dhe vetëm më vonë organizohen në një strukturë me dy pole. “Pra, kur mikrotubthat janë fillimisht duke u bashkëngjitur kromozomeve, është e vështirë të kuptosh nëse ata do të përfundojnë duke i tërhequr ato në drejtime të kundërta apo jo”, shpjegon Jan. Kjo, së bashku me faktin se qeliza vezë është një hapësirë shumë e madhe përmes të cilës mikrotubthat duhet ti gjejnë dhe më pas terheqin kromozomet – një qelizë vezë e njeriut është pothuajse katër herë më të mëdha se një qelizë e lëkurës – mund të shpjegojë përse peshkimi i kromozomit është më tepër i prirur te gabojë gjatë ndarjes së qelizës vezë.

Këto zbulime gjithashtu i ofrojnë shkencëtarëve mundësi për shikuar në një vend më konkret kur studiojnë infertilitetin femëror dhe kondita të ngjashme me sindromën Down, që kryesisht derivojnë nga qelizat vezë me një numër të parregullt të kromozomeve. Duke demonstruar se gabimet e tilla në rastet më të mëdha ndodhin për shkak se mikrotubthat dështojnë që ti lidhin siç duhet kromozomet për ti veçuar plotësisht, Tomo dhe Jan kanë parashikuar një fokus për studimet e ardhshme. Në fakt, Tomo tani është në vazhdim e sipër të studimit që synon të kuptojë pse ky proces është akoma më i prirur të gabojë në qelizat vezë të vjetra. Nëse ai dhe shkencëtarë të tjerë mund të gjejnë me saktësi ku mekanizmi i gabimit-korrigjimit dështon në qelizat e vjetra, kjo mund një ditë të shënojë fillimin e një etapë për procedurat mjekësore që ndihmojnë mikrotubthat të përmisojnë teknikën e tyre të peshkimit. Ndoshta sekreti për të kundërvënë infertilitetin e lidhur me moshën është një mënyrë për ti bërë mikrotubthat aq të suksesshëm në peshkim si fëmijët janë me lodrat e tyre prej magneti.

Duke i bërë mikroskopët mëndjehollë

Programi që Tomo përdori për të gjetur dhe filmuar kromozomet gjatë ndarjes qelizore ishte një hyrje e fakteve që ndjekin më poshtë. Në bashkëpunim me një ekip tjetër të EMBL-it, i udhëhequr nga Rainer Pepperkok, grupi i Jan-it ka zhvilluar një program kompleks, që është i aftë për një automatizim te avancuar. I quajtur Mikropilot (Micropilot), programi i ri analizon imazhet me rezolucion të ulët të marra nga një mikroskop dhe gjen jo vetëm kromozomet por çfarëdolloj strukture që shkencëtari e ka instruktur Mikropilot-in që të shikojë për.

Pasi Mikropiloti ka identifikuar qelizën apo strukturën që shkencëtarët janë të interesuar të studiojnë, ai automatikisht udhëzon mikroskopin për të filluar një eksperiment. Kjo mund të jetë aq e thjeshtë sa regjistrimi në intervale kohe i vidjove me rezolucion të lartë ose aq kompleks sa përdorimi i lazerit për të interceptuar proteinat e etiketuara me fluoroshencë (proteinat dritëlëshuese) dhe regjistrimi i rezultateve. Programi është një ndihmë për studimet e biologjisë sistemore, pasi ai gjeneron të dhëna me një ritëm më të shpejtë. Si pasojë e efikasitetit të lartë, Mikropiloti mund lehtësisht të prodhojë të dhëna të mjaftueshme për të marrë rezultate statistikore të besueshme, duke lejuar, kështu, shkencëtarët të hetojnë rolin e qindra proteinave të ndryshme në një proces të veçantë biologjik.

Më tepër informacione mbi EMBL

Laboratori Evropian i Biologjisë Molekulare (European Molecular Biology Laboratory, EMBL)^w1 është një nga të institucionet kërkimore më me prestigj në botë, i dedikuar kërkimeve bazë të shkencave të jetës. EMBL është ndërkombëtar, me pikëpamje të avancuara dhe ndërdisiplinore. Punonjësit e saj nga 60 vende kanë përvojë në fusha që përfshin biologjinë, fizikën, kiminë dhe shkencat kompjuterike, dhe bashkëpunojnë në kërkime që mbulon spektrin e plotë të biologjisë molekulare.

EMBL është anëtar i EIROforum^w2, botuesi i Science in School (Shkenca në Shkollë).

References

• Kitajima TS, Ohsugi M, Ellenberg J (2011) Complete kinetochore tracking reveals error-prone homologous chromosome biorientation in mammalian oocytes. Cell146(4): 568-81. doi: 10.1016/j.cell.2011.07.031
• Magidson V et al. (2011) The spatial arrangement of chromosomes during prometaphase facilitates spindle assembly. Cell 146(4): 555-67. doi: 10.1016/j.cell.2011.07.012
• Mori M et al. (2011) Intracellular transport by an anchored homogeneously contracting F-actin meshwork. Current Biology 21: 606-61. doi: 10.1016/j.cub.2011.03.002

  • Një shpjegim i këtij studimi i shkruar thjeshtësisht është në dispozicion lirisht në raportin vjetor të EMBL-it:

  • EMBL (2012) Neat nets. Në EMBL Annual Report 2011/2012 pp 86-88. Heidelberg, Gjermani: Laboratori Evropian i Biologjisë Molekulare.

• Schuh M, Ellenberg J (2007) Self-organization of MTOCs replaces centrosome function during acentrosomal spindle assembly in live mouse oocytes. Cell130(3): 484-98. doi: 10.1016/j.cell.2007.06.025

  • Një shpjegim i këtij studimi i shkruar thjeshtësisht është në dispozicion lirisht në raportin vjetor të EMBL-it:

  • EMBL (2008) Push me, pull you. Në EMBL Annual Report 2007/2008pp 46-50. Heidelberg, Gjermani: Laboratori Evropian i Biologjisë Molekulare.

Web References

• Për më shumë informacione rreth EMBL-it shiko EMBL website.
• w2 – EIROforum (forum i EIRO-s) është një bashkëpunim i tetë organizatave më të mëdha ndër-qeveritare kërkimore shkencore të Evropës, të cilët kombinojnë burimet, strukturat dhe ekspertizat e tyre për të mbështetur shkencën evropiane të arrisi potencialin e saj të plotë. Si pjesë e edukimit dhe aktiviteteve të saj në terren forumi i EIRO-së publikon Science in School (Shkenca në Shkollë).

Resources

• Shikoni një vidjo të mikrotubthave që shtyjnë kromozomet tek pozicioni i tyre.

Institutions

Author(s)

Sonia Furtado Neves ka lindur në Londër, Britaninë e Madhe, dhe u transferua në Portugali në moshën tre vjeç. Ndërsa studionte për zoologji në Universitetin e Lisbonës, ajo gjithashtu punonte në departamentin e kopshtit zoologjik të Lisbonës dhe, atje, ajo zbuloi se ndjen kënaqësi kur i fletë njerëzve për shkencën. Ajo më vonë bëri një master në shkenca komunikimi në Kollegjin Mbretëror të Londrës, dhe tani është oficere shtypi në Laboratorin Evropian të Biologjisë Molekulare në Heidelberg, Gjermani.

Review

Ky artikull është rreth inputeve të reja shkencore në lidhje me mekanizmat e ndarjes qelizore, domethënë ngjitja e mikrotubthave tek kromozomet gjatë mitozës dhe mejozës.

Niveli i detajeve në këtë artikull e bën atë veçanërisht të vlefshëm për nxënësit e Biologjisë në shkollat e mesme (mosha 15+), për tema të tilla si Citologjia (mitoza dhe mejoza), Gjenetika (shkaqet dhe implikimet e anomalive kromozomale) dhe Riprodhimi (gametogjeneza dhe infertiliteti).

Artikulli mund të përdoret gjithashtu për të filluar diskutime mbi avantazhet e modelimit të fenomeneve biologjike (modelet biologjike mund të na ndihmojnë për të kuptuar proceset) dhe rreziqet. Për shembull, në shumicën e librave që përshkruajnë mitozën dhe mejozën, kromozomet janë të paraqitur si struktura të mëdha. Kjo mund ti çojë studentët të besojnë se kromozomet vërehen lehtësisht në çdo lloj qelize. Por siç është qartësuar në këtë artikull, ky konceptim nuk është i vërtetë.

Së fundi, artikulli ilustron se si fushat e tjera kërkimore mund të përfitojnë nga përpjekjet e bëra në një grup kërkimor, gjithashtu thekson marrëdhëniet sinergjike mes shkencës dhe teknologjisë.

Betina da Silva Lopes, Portugali

License

CC-BY-NC-ND

Download

Download this article as a PDF