Istraživanje hrvatskog tima, objavljeno u prestižnom časopisu Nature Cell Biology, otkrilo
je univerzalni mehanizam kojim se stanice prilagođavaju različitim količinama genetskog
materijala. Otkriće bi moglo pomoći u boljem razumijevanju evolucije, pogrešaka u
raspodjeli kromosoma i mehanizama koji omogućuju preživljavanje tumorskih stanica.
Ujedno je riječ o znanstvenom vrhuncu prvog ERC Synergy projekta dodijeljenog
istraživačima i institucijama iz Hrvatske, vrijednog 10 milijuna eura.

Kako stanica uspijeva pravilno podijeliti genetski materijal kada se količina DNA među
organizmima može razlikovati i više od 10.000 puta? Odgovor je pronašao međunarodni
tim predvođen akademkinjom Ivom Tolić s Instituta Ruđer Bošković (IRB) i profesorom
Nenadom Pavinom s Prirodoslovno-matematičkog fakulteta Sveučilišta u Zagrebu (PMF).
Istraživači su usporedbom 25 evolucijski udaljenih vrsta otkrili da se s povećanjem količine
DNA širi i prostor u kojem su kromosomi organizirani prije razdvajanja u dvije nove
stanice.
Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Nature Cell Biology, a predstavljaju
završnicu šestogodišnjeg projekta ANEUPLOIDY, financiranog s 10 milijuna eura iz
programa Synergy Europskog istraživačkog vijeća (ERC). U projektu su, uz hrvatske
istraživače, sudjelovali znanstvenici s Instituta Hubrecht u Nizozemskoj i američkog
Massachusetts Institute of Technologyja (MIT).

Svaka stanica koja se dijeli mora kopirani genetski materijal rasporediti tako da obje
novonastale stanice dobiju odgovarajući skup kromosoma. Taj zadatak obavlja diobeno
vreteno, struktura koja organizira kromosome i omogućuje njihovo razdvajanje.
Premda se količina DNA tijekom evolucije znatno mijenjala, osnovni mehanizam stanične
diobe ostao je očuvan. Dosad, međutim, nije bilo jasno kako se taj sustav prilagođava tako
velikim razlikama u količini genetskog materijala.

Uspoređujući 25 različitih vrsta, od jednostavnih eukariota do biljaka i životinja,
znanstvenici su ustanovili da je za prilagodbu ključna ukupna količina kromosomskog
materijala, a ne samo broj kromosoma. Što stanica ima više DNA, to se povećava prostor
u kojem su kromosomi raspoređeni prije nego što se razdvoje.
Pritom se diobeno vreteno ne ponaša kao nepromjenjiv stroj koji mora prihvatiti veći ili
manji broj kromosoma. Naprotiv, kromosomi svojim međudjelovanjem utječu na oblik i
dimenzije sustava koji ih raspoređuje. Drugim riječima, materijal koji treba razdvojiti
istodobno pomaže oblikovati strukturu zaduženu za taj posao.

– Ovo pitanje nije bilo moguće riješiti unutar granica jedne discipline. Biologija nam je
pokazala ponašanje kromosoma u živoj stanici, napredna mikroskopija omogućila nam je
da njihovu dinamiku precizno pratimo, a fizika i matematika dale su nam način da iz
pojedinačnih opažanja izvučemo opći princip, objasnila je Iva Tolić.
Kako bi provjerili objašnjava li otkriveni obrazac i način na koji se sustav prilagođava,
istraživači su razvili fizički i matematički model. On je predvidio kako bi se diobeno vreteno
trebalo ponašati ako sile među kromosomima doista određuju njegovu prilagodbu. Zatim
su predviđanja provjerili eksperimentima na živim stanicama, uključujući njihovu
mehaničku kompresiju.
– Vrijednost fizičkog modela je u tome što daje predviđanje koje eksperiment može potvrditi
ili odbaciti. Eksperimenti su pokazali upravo odgovor koji je model predvidio. Time smo od
opažene povezanosti došli do konkretnog mehaničkog objašnjenja, rekao je Nenad Pavin.

Istraživači su mijenjali i količinu DNA unutar usporedivih stanica te ispitivali kako na
diobeno vreteno utječu promjene djelovanja mikrotubula, osmotskih uvjeta i mehaničkog
opterećenja. Rezultati su pokazali da duljinu i širinu te strukture ne moraju određivati isti
mehanizmi.
– Stanica dodatnu DNA ne rješava tako da jednostavno proporcionalno poveća cijeli
sustav. Najjasnije se mijenja prostor u kojem su kromosomi organizirani, rekao je Lovro
Gudlin iz istraživačke grupe Ive Tolić.

Na radu su kao prvi autori radili Lovro Gudlin, Kruno Vukušić s IRB-a i Maja Novak s PMF-
a. Matematički model pokazao je gotovo isto pravilo prilagodbe kakvo je uočeno
usporedbom različitih vrsta, što upućuje na mogućnost da se iza velike biološke
raznolikosti krije jednostavan fizički princip.
Promjene u količini DNA, uključujući udvostručavanje cijelog genoma, tijekom evolucije
događale su se više puta. Novo istraživanje pokazuje da se diobeno vreteno može
mehanički prilagođavati takvim promjenama, što je moglo olakšati evolucijske promjene
povezane i s nastankom novih vrsta.

Otkriće bi moglo biti važno i za razumijevanje tumorskih stanica. One mogu prolaziti kroz
velike promjene u količini DNA, a prilagodljivost sustava stanične diobe može im pomoći
da takve promjene podnesu. Ipak, ta sposobnost nije neograničena: kada količina
kromosomskog materijala postane prevelika ili je prostor za diobu ograničen, raste
mehaničko opterećenje i povećava se rizik od pogrešne raspodjele kromosoma.
To otvara mogućnost daljnjih istraživanja o tome može li se povećana kromosomska
nestabilnost iskoristiti za selektivno uništavanje tumorskih stanica, osobito onih s
povećanim genomima. Riječ je, međutim, o mogućem smjeru budućih istraživanja, a ne o
već razvijenoj terapiji.
Projekt ANEUPLOIDY ujedno je prvi ERC Synergy projekt koji je Europsko istraživačko
vijeće dodijelilo istraživačima i institucijama iz Hrvatske. Njegovim završetkom 2026.
godine Hrvatska je dobila i prvi dovršeni projekt te vrste s hrvatskim vodećim
istraživačima.
Program Synergy namijenjen je znanstvenim pitanjima koja zahtijevaju suradnju više
istraživačkih skupina i disciplina. U projektu ANEUPLOIDY povezani su eksperimenti na
živim stanicama, napredna mikroskopija, fizika, matematičko modeliranje i biomedicinska
istraživanja.
Na projektu je radilo više od 15 znanstvenika, istraživača i administrativnih djelatnika, a
tijekom šest godina objavljen je 41 znanstveni rad. Hrvatski znanstvenici imali su važne
autorske uloge u njih 33.

Najnoviji rad tako zaokružuje projekt koji je, osim što je donio novo objašnjenje jednog
temeljnog biološkog procesa, pokazao kako povezivanje različitih znanstvenih disciplina
može dovesti do otkrića koja bi pojedinačni laboratorij teško mogao ostvariti samostalno.