Vliv inhibitoru monastrolu na aktivitu motorového proteinu kinesin-5 v průběhu mitózy u Arabidopsis thaliana

Zuzana KORCHANOVÁ

Bachelor's thesis

Effect of inhibitor monastrol on kinesin-5 motor protein activity during mitosis in Arabidopsis thaliana

Abstract:

Mitotic spindle assembly and faithful chromosome segregation underlie growth and development of eukaryotes ensuring genetic homogeneity in the multicellular context. The above processes are driven by microtubule-based machineries and the interactions of microtubule assemblies with appropriate chromosomal territories. Structural and motor proteins associated with microtubules, coordinate spindle assembly, spindle elongation and spindle bipolarity. Kinesin-5 proteins are multitasking players involved in many aspects of mitotic cell division. Earlier high throughput screens have identified several small molecule organic inhibitors of kinesin-5 motor activity, with monastrol being a prototype. Owing to its unique non-ATP competitive nature of inhibition, monastrol appears to be a rather specific kinesin-5 inhibitors and thus it was tested for the first time as a probe of the acentrosomal mitotic spindle functions in higher plants. Treatment of Arabidopsis thaliana roots with monastrol and assessment of microtubule organization and chromosome arrangement showed definite defects, related to conserved kinesin-5 functions in plants. Experimental results were obtained after tubulin fluorescent immunolocalization via advanced widefield microscopy approaches and showed that under the monastrol treatment regime followed herein, the inhibitor conservatively affected distinct features of mitotic cell division and mostly chromosome and sister chromatid positioning during prophase/prometaphase, metaphase and anaphase. Cell division stages that are not dependent on the interaction of microtubule arrays and chromosomes, remained accordingly unaffected.

Abstract:

Soustava mitotického aparátu umožňující rovnoměrnou segregaci chromozomů je základem růstu a vývoje u Eukaryot a zajišťuje genetickou homogenitu na mnohobuněčné úrovni. Tyto procesy jsou řízeny cytoskeletálními mechanismy a zakládají se na interakci soustav mikrotubulů s příslušnými chromozomálními oblastmi. Strukturní a motorové proteiny asociované s mikrotubuly koordinují uspořádání, bipolaritu a prodlužování mitotického vřeténka během dělení buňky. Významnou roli při formování dělícího vřeténka hrají motorové proteiny, mezi které se řadí proteiny skupiny kinesin-5. Dřívější studie napomohly identifikovat několik malých molekul organických inhibitorů aktivity kinesinu-5, přičemž monastrol byl prototypem. Vzhledem ke své jedinečné konkurenční povaze inhibice, která není závislá na ATP, se ukázalo, že monastrol je spíše specifickým inhibitorem kinesinu-5. Proto byl poprvé testován jako sonda pro pozorování uspořádání acentrosomálního mitotického vřeténka v buňkách vyšších rostlin. Působení monastrolu na kořeny Arabidopsis thaliana se projevuje prokazatelnými defekty v uspořádání mikrotubulů a chromozomů, které souvisí právě s funkcí kinesinu-5 u rostlin. Výsledky experimentální práce byly získány pomocí fluorescenční imunolokalizace tubulinu prostřednictvím moderních přístupů widefield mikroskopie a ukázalo se, že tento inhibitor konzervativně ovlivnil odlišná stádia mitotického dělení buněk, a to především umístění chromozomů a sesterských chromatid během profáze/prometafáze, metafáze a anafáze. Stádia buněčného dělení, která nejsou závislá na interakci svazků mikrotubulů a chromozomů, zůstaly neovlivněny.

Keywords

Arabidopsis thaliana, dělící vřeténko, chromozomy, kinesin-5, mikrotubuly, mitóza, motorové proteiny, superrozlišovací mikroskopie

Jazyk práce: English

Datum vytvoření / odevzdání či podání práce: 3. 5. 2018

Obhajoba závěrečné práce

• Vedúci: Georgios Komis, Ph.D.

PALACKÝ UNIVERSITY OLOMOUC

Faculty of Science

Bachelor programme / odbor:
Biology / Molecular and Cell Biology