Munkánk korai szakaszában áttekintettük a szakirodalmat, hogy tudni illik ismertek-e már sejtmag-pozicionálási mechanizmusok. (A szakirodalom tanulmányozása azért is ajánlott, hogy ne fedezzük fel újra a spanyolviaszt.) Két dologra derült fény: (i) már leírtak olyan mechanizmusokat, amelyek a sejtmagok helyváltozását biztosítják, és (ii) – örömünkre – az általunk megfigyelt megoldás új, megismerésre érdemes. 

A már ismert sejtmag-pozicionáló mechanizmusok 
Az eleddig ismert valamennyi, a sejtmag helyzetét meghatározó mechanizmus alapja a sejtváz. A sejtváz alkotói közül az aktinmolekulákból felépülő mikrofilamentumoknak, valamint a tubulinokból képződő mikrotubulusoknak (MT-knek) van szerepe a sejtmag pozícionálásában. Az intermediális filamentumok pedig kipányvázhatják a helyüket elfoglalt sejtmagokat. 

Bár biztosnak tűnik, hogy a mikrofilamentumok szükségesek ahhoz, hogy a lúdfű (Arabidopsis thaliana) hajszálgyökéreinek sejtjeiben a sejtmag vándoroljon, és hogy a muslica (Drosophila melanogaster) embriógenezise során a sejtmagok a depolimerizálódó mikrofilamentumokon mintegy szörfözve haladjanak, a mozgások pontos mechanizmusa még nem ismert. (A mikrofilamentumokat szétejtő anyagok jelenlétében megszűnik a sejtmagok mozgása.)

Az MT-alapú sejtmagmozgatásnak három típusa ismert: (i) a taszítás, (ii) a húzás, valamint (iii) a szállítás két változata (3. ábra). A húzás, a taszítás és a szállítás egyik típusa során a sejtmag a MT-hoz, illetve MT-okból álló nyalábhoz van kapcsolva (3. ábra). A kapcsot a centroszóma biztosítja, amely rövidke hídként kapcsolja össze a sejtmaghártyát és az MT-t. A mechanizmusok lényegét a 3. ábra szövege mutatja be. 

A sejtmagmocorgás a sejtmag-pozícionálás eleddig ismeretlen módja
Vizsgálataink során arra lettünk figyelmesek, hogy miközben a follikuláris sejtek magjai izegnek-mozognak, a sejt egyik végéből a rájuk jellemző helyre jutnak, ahol aztán megszűnik mocorgásuk. A folyamat nagyjából egy napig tart, miközben a sejtmagok mintegy 5 mm-nyi utat tesznek meg. 

A sejtmagok forgolódása véletlenszerű, nincs sem kitüntetett iránya, sem tengelye (4. ábra), átlagos kerületi sebessége 1,3 mm/perc, ami 34,4 fok/perc szögsebességnek felel meg. Feltűnő, hogy a megfigyelt pontnak mind az iránya, mind a sebessége hirtelen változik. Úgy tűnik, mintha időről időre valami beleütközne a sejtmagba, és lökne rajta egyet. Vajon mi, és hogyan böködi a sejtmagokat? Vajon az NPC-k helyzetének változása az egész sejtmag mocorgását tükrözi, vagy csupán a sejtmaghártyáét, esetleg csak az NPC-két?   

Az itt említett kérdéseket eldöntendő olyan nőstényeket „készítettünk” genetikai keresztezések során, amelyek sejtjeiben az NPC-k zölden, a kromatin pedig vörösen világított, hogy aztán optikai metszetek sorozatával követhessük nyomon a sejtmagok mocorgását élő follikuláris sejtekben (5. ábra). 

Az itt nem részletezett kísérletek eredményei világosan megmutatták, hogy a sejtmagok mocorgása nem függ sem a mikrofilamentumoktól, sem azoktól a molekuláris motoroktól, amelyek az MT-kkel kapcsolódva szorgoskodnak a sejtekben. Ám a kolhicinkezelés, amely nyomán szétesnek az MT-k, nemcsak a sejtmagok izgését-mozgását szűnteti meg, hanem mozgásukat is a sejten belül, jelezve, hogy az MT-knek szerepe van a sejtmagok mocorgásában. Talán a növekvő, a sejtmagba ütköző MT-k böködik, mozgatják a sejtmagokat? A vélekedés alighanem igaz, hisz’ taxolkezelés nyomán is megszűnik a sejtmagok izgése-mozgása. (A taxol stabilizálja az MT-ket, megakadályozza növekedésüket, rövidülésüket.) Úgy tűnt tehát, hogy a növekvő, a sejtmagnak ütköző MT-k állnak a sejtmagok izgése-mozgása, és alkalmas helyre bökögetése mögött. 

A következőkben olyan nőstényeket készítettünk, amelyekben az NPC-k és az MT-k is ki voltak világítva. Amint azt a 6. ábra és a 2. videó mutatja, az MT-k növekedésük közben nekiütköznek a sejtmagoknak, és miközben löknek rajtuk egyet, kissé elforgatják. Biztos, hogy az MT-k az ütközéseket követően erőt fejtenek ki, hiszen elgörbülnek. Ismerve a MT-ok rugalmassági moduluszának értékét, hosszukat és az elgörbülés mértékét, kiszámolható, hogy egy-egy MT ütközése nyomán 1,5–3,5x10-12 N (piko-Newton) erővel hat a sejtmagra. A 6. ábra sorozatfelvételein az is látszik, hogy az MT-k az NPC-knél löknek egyet-egyet a sejtmagon, valamint az is, hogy miután a sejtmagba ütköztek, mintegy 15 másodpercen át érintkeznek a sejtmaggal, hogy aztán rövidüljenek, vagy akár szét is essenek, majd ismét növekedve esetleg újra beleütközzenek a sejtmagba.  Az MT-k olykor oly’ erősen ütköznek a sejtmaghártyának, hogy azt behorpasztják, sőt akár át is szakíthatják, és behatolhatnak a sejtmag belsejébe (7. ábra).  

A bökögető modell
A sejtmag-pozicionálás itt leírt mechanizmusa talán a „bökögető modell” kifejezéssel írható le szemléletesen. Lényegében arról van szó, hogy a sejthártya szomszédságából MT-k növekszenek a sejt belsejébe, majd rövidülnek, szétszerelődnek. Azok az MT-k, amelyek a sejtmagnak ütköznek, böknek rajta egy kicsit, mocorogtatják. A sejtmag helyzetét az határozza meg, hogy milyen irányból, a sejtmaghártya mely’ pontján, hány, és milyen erős bökés éri (8. ábra). Ha a sejt oszlop alakú (mint a muslica follikuláris sejtjei), az oldalról a sejt belsejébe növekvő MT-k bökögetésükkel a sejt hossztengelyében tartják a sejtmagot (8. ábra). A sejtmag helyét a hossztengely mentén az határozza meg, hogy milyen az őt alulról, illetve a felülről érő erők aránya.  Ha a mag a sejt aljában van, sokkal több bökés éri alulról, mint felülről, és miközben mocorog, felfelé mozdul el. Helyzete azon a helyen stabilizálódik, ahol őt az alulról, és a felülről érő erők kiegyenlítik egymást. Az elmondottak alapján érthető, hogy a legtöbb sejt magva a sejt középpontjában van (8. ábra). 

A hibás sejtmag-pozicionálás és következményei
A sejtmag-pozicionálás jelentőségére az olyan esetekből következtethetünk, amelyekben a sejtmag nem kerül a megszokott helyére. Azt, hogy a sejtmag-pozicionálás fontos esemény a sejtek életében, jól mutatja az a tény, hogy azon gének funkciójának hiánya, amelyek terméke a sejtmag-pozicionálásban vesz részt, már többnyire a korai embrionális élet folyamán halálhoz vezet. Ám vannak ritka kivételek. Az idegrendszer-fejlődés alapvető lépése az idegsejtek vándorlása, mely során az idegsejtek akár cm-eket is vándorolhatnak. A vándorlás során az idegsejt először a haladás irányában megnyúlik, majd a sejtmag pozícionálódik, követi a sejt többi részét. A vándorlás során a folyamat többször is ismétlődik. Ha a sejtmag nem tud pozícionálódni, a sejt nem vándorol tovább, és kialakul a lissencephalia nevű betegség, melyben a betegek agya nem megfelelően barázdált, fejük kicsiny, értelmi képességeik csökkentek, mozgáskoordinációs zavaraik vannak (9. ábra). A lissencephalia leggyakoribb genetikai oka a lissencephaly-1, vagy a doubelecortin génben bekövetkező mutáció. Bár e gének mutációi nem akadályozzák a sejtek megnyúlását, ám elmarad a sejtmag-pozícionálódás, jelezve, hogy az ép géneknek szerepe van a folyamatban. 

A sejtmag rögzítése 
Miután a sejtmag elfoglalta helyét, a SUN- és KASH-fehérjék rögzítik a sejtvázhoz. A SUN-fehérjék a sejtmaghártya belső membránjába ékelődve egyrészt a sejtmag lamin-béléséhez (10. ábra) és a kromatinhoz, másrészt a sejtmaghártya külső membránjában levő KASH-fehérjékhez kapcsolódnak. A KASH-fehérjék a sejtváz olyan különféle elemeivel kapcsolódnak, mint az aktin mikrofilamentumok, az MT-k, valamint az intermediális filamentumok. 

A sejtmag-rögzítés elmaradása is súlyos következményekkel jár. Például, amíg az ép sejtmagot lamin-molekulák hálózata béleli, addig a Hutchinson–Gilford szindrómás emberek sejtjeiben a lamin-bélés tökéletlen, a lamint kódoló génben bekövetkezett mutáció miatt (10. ábra). Úgy tűnik, hogy a mutáns lamin nem biztosítja sem a sejtmag jellegzetes alakját, sem pedig kapcsolatát a sejtvázzal és a kromatinnal.  

A lamin gének mutációi változatos tünetekkel jellemzett betegségekhez vezetnek, amelyeket laminopátiáként ismerünk. A laminopátiák többnyire izom, illetve idegi rendellenességekkel jellemezhetők, ám a tünetek között a cukorbetegség és a felgyorsult öregedés is előfordul, mint a Hutchinson–Gilford-szindróma esetében (10. ábra).

Emlősökben a SYNE-1 gén termékének van kulcsfontosságú szerepe abban, hogy a sejtmag az aktin sejtvázhoz kapcsolódik. A SYNE-1 fehérje felelős azért, hogy az izomsejtek magjai azon a helyen rögzüljenek a mikrofilamentumokhoz, ahol az izomsejt az idegsejt nyúlványával találkozik. A SYNE-1 gén funkciója nélkülözhetetlen a légzőizmok beidegzéséhez; a gén funkciójának hiányában az újszülött egerek légzési elégtelenség miatt néhány percen belül elpusztulnak. Emberben a SYNE-1 gén meghibásodása az ARCA1 nevű betegség kialakulásához vezet, amelyet a kisagy sorvadása jellemez. A betegek emberek kisagyában a Purkinje-sejtek magjai a tökéletlen sejtmagrögzítés miatt nem pozícionálódik megfelelően. A betegség első tünetei (a beszédmozgások koordinációs zavarai, a végtagok vagy a szem túl- vagy/és alulmozgatása akaratlagos mozgások során) 30 éves kor körül fejlődnek ki, és általában csak lassan súlyosbodnak.

Vegyük észre, hogy mily’ fontos annak a kapcsolatnak az ismerete, amely egy gén és funkció-vesztésének következménye között fennáll. A kapcsolat lehetőséget nyújt arra, hogy DNS-szintű vizsgálatokkal olyan családokon segíthessünk, amelyekben felbukkan valamelyik öröklődő betegség. Az itt bemutatott történet bizonyára sok-sok további érdekes kérdést vetett fel ifjú olvasóinkban. Biztatjuk őket: válaszolják meg azokat. Nem lesz könnyű, ám ha sikerül, megelégedettséggel fogja őket eltölteni. 
 
 

FOGALMAK  Centroszóma (sejtközpont): a mikrotubulusok szerveződését szabályozó legfőbb sejtszervecske.  Fehérjék fluoreszcens kivilágítása: az ép fehérjemolekulákat olyan résszel toldják meg, amely gerjesztő fény hatására fluoreszkál, mint a GFP (angolul green fluorescent protein), úgy, hogy a megtoldott fehérjét transzgén kódolja. A világító fehérje helye, sorsa élő sejtekben vizsgálható. KASH-fehérjék: olyan, a külső sejtmaghártyán átívelő fehérjeféleségek, amelyeknek része a kb. 30 aminosavnyi úgynevezett KASH-motívum. A SUN-fehérjeféleségekkel kapcsolódva hidacskákat teremtenek a sejtváz és a sejtmag belseje között. Szerepük van a sejtmag-pozicionálásban.   Kolhicin: az őszi kikerics (Colchicum autumnale) alkaloidája, hatására szétesnek a mikrotubulusok.   Konfokális mikroszkóp: olyan fluoreszcens mikroszkóp, amelyben a lézerfény, miközben pásztázza (tetszés szerint ismételve) a preparátum számítógéppel kijelölt egy síkját, fluoreszcenciát gerjeszt. A fluoreszcenciát fotoelektron-sokszorozó detektálja, a jeleket számítógép rendezi, és képként jeleníti meg. Konfokális, mert az a lyuk, amelyeken a gerjesztő- és a fluoreszcencia fény áthalad, együtt mozog. Az együtt mozgó lyuk teszi lehetővé, hogy a megfigyelt fluoreszcencia egyetlen pontból származik, még vastagabb objektumok esetében is. A rendezett pontok összessége egy optikai metszet. Elsősorban fluoreszkáló, vagy fluoreszcensen megjelölt molekulák, sejtalkotók vizsgálatára alkalmas technika. A konfokális mikroszkóppal kiváló feloldású optikai metszetek készíthetők. A preparátum különböző mélységeiben készített optikai metszetek alapján háromdimenziós rekonstrukciók készíthetők. Sorozatfelvételek alapján lefilmezhetők, időben követhetők az élő sejtben lejátszódó események.    Mikrotubulus: a-tubulin/b-tubulin dimerekből polimerizációval képződő, többnyire 24 nm átmérőjű, 4 nm falvastagságú csövecske az eukariota sejtekben. A sejtváz szerkezeti eleme, és egyben olyan pálya is, amely mentén dinein és kinezin motormolekulák haladnak.  Motormolekulák: olyan, több alegységből álló fehérjemolekula-komplexek, amelyek pálya mentén haladnak, miközben az ATP-ből származó energiát felhasználva terhet szállítanak. Ha rögzítettek, elhajlítják a pályákat.  Optikai metszet: olyan sík (= metszet) egy szöveten, sejten belül, amely pontjait lézer fénynyaláb pásztázza konfokális mikroszkópban. A lézerfény hatására fluoreszcensen megjelölt molekulák, sejtalkotók fluoreszcensen tűnnek elő. A fluoreszcencia fényt detektor érzékeli, a detektor jeleit számítógép rendezi, jeleníti meg az ismételhető pásztázások során. Egy optikai metszeten egy, két vagy akár három, különféle színben fluoreszkáló sejtalkotó helye is felderíthető. A különféle mélységben készített optikai metszetek alapján háromdimenziós képek szerkeszthetők.   Sejtmagpórus-komplex: olyan fehérjemolekulák komplexe, amely a sejtmaghártyába illeszkedik, amelyen át molekulák exportálódnak a sejtmagból a citoplazmába, és importálódnak a citoplazmából a sejtmagba.    Sejtváz: Olyan, fehérje csövekből és fonalkákból álló hálózat az eukariota sejten belül, amely meghatározza a sejtek alakját, és a sejten belüli mozgásokat. Három típusa van. (i) A mikrotubulusok, az a- és b-tubulin dimer-alegységekből felépülő, többnyire 24 nm átmérőjű csövecskék. (ii) A mikrofilamentumok aktin molekulákból képződő, 6 nm átmérőjű polimerek. (iii) Az intermedier filamentumok 6-12 nm átmérőjűek, és különféle fehérjeféleségek polimerjei. A mikrotubulusok és a mikrofilamentumok pályaként is szolgálnak motormolekuláknak mozgásához, gyorsan felépülnek, és lebomlanak, átrendeződnek. Az intermediális filamentumok időben stabilak, szerkezetrögzítők.  SUN-fehérjék: olyan, a sejtmaghártya belső membránjába ékelődő fehérjék, amelyek különféle KASH-fehérjékkel kapcsolódva hidacskákat képeznek a belső- és a küldő sejtmaghártya között. A hidacskák teremtenek kapcsolatot a sejtmag belseje és a sejtváz között. A SUN-fehérjéknek szerepe van – egyebek mellett – a sejtmag, a centroszóma és a centromer pozicionálásában,   Taxol: a tiszafa (Taxus baccata) alkaloidája, stabilizálja a mikrotubulusokat, megakadályozva, hogy hosszabbodjanak, vagy rövidüljenek.