L'un des objectifs primordiaux de la biophysique est de lier l'activité des composants à petite échelle à la dynamique à grande échelle des cellules et des organismes. Les propriétés des principaux composants de la broche sont relativement bien étudiées. Les microtubules sont longs, tiges rigides en polymère semblables à des pailles à boire, chacun avec une extrémité « moins » et une extrémité « plus ». Les moteurs moléculaires s'accrochent et se déplacent le long des microtubules à l'aide d'une paire de « pieds » moléculaires. moteurs Kinesin, par exemple, avoir deux paires de pieds, un à chaque extrémité. Les molécules de kinésine peuvent se fixer à deux microtubules différents, avec chaque paire de pieds marchant de l'extrémité négative à l'extrémité positive de chaque microtubule.

Si les extrémités plus et moins des deux microtubules sont alignées, les deux paires de pieds marchent dans le même sens et les microtubules ne bougent pas l'un par rapport à l'autre. Si les microtubules sont anti-alignés, les pieds se déplacent dans des directions opposées, provoquant le glissement des microtubules les uns sur les autres. Le mouvement collectif de tous les microtubules détermine la croissance et la forme du fuseau.

Les études précédentes se sont principalement concentrées sur des situations où les moteurs étaient rares. Les scientifiques avaient supposé qu'il s'agissait d'une représentation précise de ce qui se passe dans les cellules réelles. Dans un tel scénario, le mouvement d'un microtubule dépendrait de l'orientation de ses voisins. Les microtubules alignés avec leurs voisins resteraient en place tandis que ceux qui défiaient la foule se précipitaient vers l'avant.

De vraies broches, cependant, ne présentent pas ce comportement attendu. Les microtubules entourés de voisins faisant face dans le même sens se déplacent toujours à pleine vitesse. Alors, qu'est-ce qui les pousse vers l'avant ?

Fürthauer et ses collègues ont étudié comment les microtubules se déplaceraient collectivement si le système était rempli de nombreux moteurs, résultant en de nombreuses connexions entre les microtubules. Ils ont développé une théorie mathématique sur la façon dont les contraintes mécaniques se développent dans le collectif lorsque les microtubules sont poussés et tirés les uns contre les autres par les nombreux moteurs.

Leur théorie prédit que les microtubules s'alignent, avec chaque microtubule face à l'une des deux directions opposées. Où se mêlent des microtubules d'orientation opposée, ils sont propulsés vers l'avant comme prévu. Microtubules ailleurs, la théorie dit, sont tellement enchevêtrés avec leurs voisins qu'eux aussi sont entraînés pour la balade. Chaque microtubule, donc, se déplace précisément à la vitesse des moteurs de marche, quelle que soit sa place dans la foule.

Les expériences menées par les chercheurs utilisant des microtubules et de nombreux moteurs à kinésine correspondaient à ces prédictions. En outre, la théorie et les expériences correspondaient aux fuseaux du monde réel :dans les œufs de grenouilles africaines à griffes, les microtubules dans les broches se déplacent à peu près à la même vitesse que les moteurs qui les relient marchent.

Le comportement du fuseau de la grenouille est "très suggestif que la biologie réelle vit dans le régime que nous voyons dans nos expériences, " Fürthauer dit. " Avec cette nouvelle compréhension, on peut maintenant se demander :comment peut-on construire un fuseau ? Peut-on reconstituer cette machine biologique complexe dans une simulation informatique, ou même dans le tube à essai?" Lui et ses collègues espèrent qu'ils se rapprochent.