Mechanics of the Anaphase Spindle

Abstract

La división celular es un proceso esencial mediante el cual una célula madre origina dos células hijas genéticamente idénticas. Durante la mitosis, el huso mitótico organiza y separa los cromosomas duplicados para asegurar una correcta distribución del ADN. Este proceso es crucial para la estabilidad genómica, ya que errores en la segregación pueden provocar anomalías cromosómicas asociadas a enfermedades como el cáncer. Por ello, comprender cómo el huso mitótico genera y soporta fuerzas mecánicas durante la segregación cromosómica es un tema central en biología celular. El huso es una estructura dinámica formada por microtúbulos y proteínas asociadas. Aunque se han identificado muchos mecanismos moleculares implicados en su ensamblaje y función, las fuerzas que gobiernan la segregación de cromosomas y las propiedades mecánicas del huso aún no se comprenden completamente. En este trabajo se emplea un nuevo protocolo in vivo que induce el arqueamiento del huso mitótico, permitiendo analizar sus propiedades mecánicas de forma mínimamente invasiva y reproducible, con más del 70% de células mostrando este fenotipo. Además de la polimerización y despolimerización de los microtúbulos, la elongación del huso durante anafase B es llevada a cabo por proteínas capaces de producir fuerza, como las proteínas motoras kinesinas y los crosslinkers. Utilizando nuestro protocolo, hemos investigado cómo los mutantes que carecen de estas proteínas generadoras de fuerza y crosslinkers afectan la velocidad de elongación y la estabilidad mecánica en husos arqueados. Nuestros resultados muestran que los mutantes de proteínas motoras presentan una tasa de elongación proporcionalmente más lenta, consistente con una generación de fuerza reducida pero constante durante toda la anafase B. En contraste, el crosslinker Ase1 (PRC1), pero ninguna de las proteínas motoras kinesinas probadas, es esencial para mantener la estabilidad del huso en husos arqueados.Para comprender mejor el arqueamiento y la rotura del huso, hemos desarrollado un modelo computacional que simula las formas de los husos arqueados in vivo. Nuestro modelo indica que aproximadamente el 85% de los husos arqueados se comportan como vigas casi homogéneas con un aumento modesto (~2 veces) en la rigidez de la zona central del huso. Nuestro análisis sugiere además que la rotura del huso ocurre a una longitud específica, en lugar de depender del tiempo. La rotura ocurre consistentemente cerca del borde de la zona central del huso, en lugar de en el punto de máxima curvatura local, lo que indica que la falla estructural surge de una región mecánicamente débil específica, más que de la distribución del estrés por arqueamiento a lo largo del huso. En conjunto, nuestros resultados muestran que los mutantes en kinesinas presentan una elongación del huso proporcionalmente más lenta durante la anafase B, pero siguen siendo capaces de mantener la estabilidad del huso bajo estrés por arqueamiento. En contraste, el crosslinker de microtúbulos Ase1 es esencial para preservar la estabilidad estructural en husos arqueados. La modelización computacional revela además que la mayoría de los husos arqueados se comportan mecánicamente como vigas elásticas casi homogéneas con un aumento modesto de la rigidez en la zona central e identifica el borde de la zona central como un punto estructural débil bajo estrés mecánico. Estos hallazgos definen características mecánicas clave del huso mitótico en la levadura de fisión y proporcionan nuevas perspectivas sobre cómo la arquitectura del huso sostiene la segregación de cromosomas bajo fuerzas.