Para ilmuwan menemukan cara baru sel embrio besar membelah tanpa cincin kontraktil lengkap, menantang model tradisional. Menggunakan embrio zebrafish, peneliti mengidentifikasi sistem ratchet mekanis yang melibatkan mikrotubulus dan perubahan kekakuan sitoplasma. Temuan, yang diterbitkan di Nature, menjelaskan pembelahan pada sel kaya kuning telur berbagai spesies.
Pembelahan sel, atau sitokinesis, adalah proses inti dalam biologi, tetapi mekanismenya pada tahap embrio awal telah membingungkan peneliti, terutama pada hewan dengan sel besar berisi kuning telur. Tim yang dipimpin Jan Brugués di Cluster of Excellence Physics of Life di TUD Dresden University of Technology telah mengungkap mekanisme yang sebelumnya tidak diketahui yang memungkinkan sel oversize ini terbagi tanpa bergantung pada cincin kontraktil standar berbasis aktin purse-string. Model tradisional menggambarkan sel membentuk cincin kontraktil protein aktin di titik tengahnya, yang mengencang untuk memisahkan menjadi dua sel anak. Namun, pada spesies seperti hiu, platipus, burung, dan reptil, kuning telur besar mencegah cincin tertutup sepenuhnya. «Dengan kuning telur sebesar itu di sel embrio, ada kendala geometris. Bagaimana pita kontraktil dengan ujung longgar tetap stabil dan menghasilkan kekuatan cukup untuk membagi sel besar ini?» tanya Alison Kickuth, penulis utama dan lulusan PhD baru dari kelompok tersebut. Berfokus pada embrio zebrafish, yang memiliki sel kaya kuning telur berukuran besar pada perkembangan awal, peneliti memotong pita aktin dengan laser dan mengamati pita itu terus menyempit. Ini menunjukkan dukungan sepanjang panjangnya, disediakan oleh mikrotubulus—komponen sitoskeleton lainnya. Mengganggu mikrotubulus, baik secara kimiawi atau dengan rintangan tetesan minyak, menyebabkan pita runtuh, mengonfirmasi peran mereka dalam stabilisasi dan pensinyalan. Eksperimen lebih lanjut mengungkap bahwa kekakuan sitoplasma bervariasi dengan siklus sel. Selama interfase, aster—struktur mikrotubulus yang mengembang—mengeraskan sitoplasma, menambatkan pita. Pada fase mitosis (fase M), menjadi berair, memungkinkan gerakan ke dalam. Namun, fluiditas ini berisiko ketidakstabilan, sehingga pita menarik diri sebagian tetapi pulih melalui siklus embrio cepat. Proses ini bertindak sebagai ratchet mekanis: ketidakstabilan selama fase fluida dilawan oleh restabilisasi pada interfase berikutnya, memajukan pembelahan secara bertahap selama beberapa siklus hingga selesai. «Mekanisme ratchet temporal secara fundamental mengubah pandangan kita tentang bagaimana sitokinesis bekerja,» kata Brugués. Kickuth menambahkan, «Zebrafish adalah kasus menarik, karena pembelahan sitoplasma pada sel embrio mereka secara inheren tidak stabil. Untuk mengatasi ketidakstabilan ini, sel mereka membelah dengan cepat, memungkinkan ingresi pita selama beberapa siklus sel dengan bergantian antara stabilitas dan fluidisasi hingga pembelahan selesai.» Penemuan ini menawarkan kerangka baru untuk sitokinesis pada embrio besar kaya kuning telur di berbagai spesies bertelur, menyoroti peran sifat sitoplasma yang diwaktu dalam proses seluler. Studi ini muncul di Nature.
