Uloga vezivnih proteina i kutne difuzije u stvaranju svežnjeva mikrotubula

doctoral thesis

• Title (english): Role of cross-linking proteins and angular diffusion in the formation of microtubule bundles
• Author: Marcel Prelogović
• Mentor: Nenad Pavin (mentor)
• Committee member: Matko Glunčić (predsjednik povjerenstva)
• Committee member: Nenad Pavin (član povjerenstva)
• Committee member: Iva Marija Tolić (član povjerenstva)
• Granter: University of Zagreb; Faculty of Science; (Department of Physics); Zagreb
• Defense date and country: 2019-10-03, Croatia
• Scientific / art field, discipline and subdiscipline: NATURAL SCIENCES; Physics
• Universal decimal classification (UDC): 53 - Physics

Abstract

Za vrijeme mitoze, mikrotubuli tvore diobeno vreteno čija je biološka uloga razdvajanje genetskog materijala. U stanicama kvasca diobeno vreteno ima oblik ravnog štapa kojeg sačinjavaju mikrotubuli koji rastu iz dva pola, a povezani su vezivnim proteinima. Mikrotubuli su organizirani u svežnjeve koji mogu biti paralelni, ako oba mikrotubula rastu iz istog pola, ili antiparalelni ako mikrotubuli rastu iz različitih polova, a naš cilj je razumijevanje dinamike nastanka ovakve strukture. Model uključuje kutno gibanje mikrotubula oko polova diobenog vretena pokretano termalnim silama i elastičnim silama koje proizvode vezivni proteini koji se mogu vezati za mikrotubule, odvezivati natrag u nukleoplazmu, te kad su vezani se mogu gibati duž mikrotubula. Rješenja modela pokazuju da mikrotubuli nasumičnim gibanjem pretražuju prostor, a kad dođu u blizinu svog para povezuju ih vezivni proteini koji efektivno proizvode kratkodosežne interakcije između mikrotubula. Paralelni svežnjevi mogu nastati djelovanjem pasivnih vezivnih proteina ili motora koji se kreću prema plus kraju mikrotubula, a za nastajanje antiparalelnih mikrotubula su potrebni motori koji se kreću prema minus kraju mikrotubula. Model predviđa očekivano vrijeme nastajanja svežnjeva, koje se slaže s eksperimentalnim podacima. Također, u slučaju antiparalelnog vezanja, model predviđa da se mikrotubuli koji dođu u kontakt gibaju jedan duž drugog brzinom motora, što je također potvrđeno i u eksperimentima. Zaključujemo da su glavni čimbenici u procesu nastajanja svežnjeva mikrotubula nasumično gibanje mikrotubula oko polova koje ima omogućava da dođu u kontakt i kratkodosežne interakcije između njih uzrokovane vezivnim proteinima.

Abstract (english)

During mitosis, microtubules form a spindle, which is responsible for the segregation of chromosomes. In yeast cells, the spindle has a rod-like structure and is made of microtubules emanating from two poles connected by cross-linking proteins. Microtubules self-organize into parallel or antiparallel bundles, depending on whether they grow from the same or two different poles and our goal here is understanding how such structures form. Our model includes thermally driven angular pivoting of microtubules around the poles and elastic forces between them mediated by crosslinking proteins, which can detach to and detach from microtubules, as well as move along them. The solutions of our model imply that the random motion of the microtubules allows them to find a their pair, while the short-range interactions caused by the cross-linking proteins align them into bundles. Parallel bundling can occur in the presence of either passive crosslinkers or plus-end directed motors, while the formation of antiparallel bundles requires minus-end directed motors. The model predicts the average bundling time, which is in agreement with our experimental measurements. Additionally, for the case of antiparallel bundle formation, the model predicts that the velocity of the microtubules gliding along each other is the same as the velocity at which the motors move along the microtubules, and this was also confirmed experimentally. In conclusion, the main contributors to the formation of microtubule bundles are angular diffusion of microtubules around the poles allowing them to come into contact and shortrange forces caused by cross-linking proteins that align them.

• Keywords: vezivni proteini; kutna difuzija; mukrotubile
• Keywords (english): Rad ne sadrži ključne riječi na drugom jeziku.
• Language: croatian
• URN:NBN: urn:nbn:hr:217:726411
• Study programme: Title: Physics; Study programme type: university; Study level: postgraduate; Academic / professional title: doktor/doktorica znanosti, područje prirodnih znanosti, polje fizika (doktor/doktorica znanosti, područje prirodnih znanosti, polje fizika)
• Type of resource: Text
• Extent: 115 str.
• File origin: Born digital
• Access conditions: Open access
• Created on: 2019-12-09 13:21:39