Японские исследования под руководством Университета Осаки выявили роль ионов кальция в конденсации хромосом во время митоза; изображения живых клеток с высоким разрешением выявляют компактные глобулярные хромосомы в присутствии кальция, которые становятся волокнистыми и расширяются в его отсутствие.
Перед делением клетки, когда родительская клетка делится на две дочерние клетки, каждая из которых имеет идентичный набор генетической информации, реплицированные хромосомы конденсируются и выстраиваются вдоль веретена в середине клетки. Это метафазная стадия митоза. Хромосомы состоят из нитей ДНК, обернутых вокруг гистонов, образующих нуклеосомы, напоминающие бусинки на нитке. Структура хромосом поддерживается за счет изменений гистонов, каркасных белков хромосом и положительно заряженных ионов (катионов). Однако удаление каркасных белков не влияет на конденсацию хромосом, что позволяет предположить, что другой фактор вызывает организацию метафазных хромосом. Теперь работа под руководством Университета Осаки показала, что ионы кальция (Ca2+) играют решающую роль в уплотнении хроматиновых волокон. Исследование было опубликовано в Scientific Reports.
Кальций является универсальным вторичным мессенджером с множеством функций, включая прогрессирование клеточного цикла. Во время митоза ионы Ca2+ и ионы магния (Mg2+) высвобождаются из запасающих органелл для связывания хроматина, хотя Ca2+ в 6-8 раз больше. связан, чем Mg2+, предполагая, что он играет более важную роль. Исследовательская группа во главе с Хидэаки Таката, Киичи Фукуи и Риньяпорн Фенгчат из Университета Осаки сначала подтвердила, что Ca2+ необходим для предотвращения смещения хромосом во время митоза, а затем использовала визуализирующую оценку молекулярных взаимодействий на основе затухания флуоресценции (FLIM-FRET), чтобы показать, что хромосомы менее компактны в отсутствие внутриклеточного Ca2+
Этот же процесс визуализации также показал, что изменения в уровнях Ca2+ живых клеток HeLa изменили степень уплотнения хромосом с повторным добавлением Ca2 + вызывает уплотнение хромосом. Таким образом, Ca2+, по-видимому, контролирует переход между конденсацией и деконденсацией. «Хотя предыдущие исследования продемонстрировали упаковку нуклеосом с использованием изолированного хроматина, - говорит первый автор исследования Риньяпорн Фенгчат, - такие результаты должны быть подтверждены in vivo, как мы это сделали, используя чувствительный метод FLIM-FRET, который обеспечивает высокий уровень пространственного разрешения».
Затем команда использовала сканирующую электронную микроскопию для визуализации структур хромосом с очень высоким разрешением. «Ca2+ оказывает зависящее от концентрации влияние на структуру хромосом, - объясняет автор соответствующей статьи Хидэаки Таката, - заставляя хромосомы изменяться от расширенных волокнистых структур до компактных шаровидных структур с повышением уровня Ca2. +
Исследователи предполагают, что в отсутствие Ca2+ отрицательно заряженная ДНК хуже нейтрализуется, что препятствует ее конденсации и задерживает вступление в прометафазу клеточного цикла. «Мы думаем, что недостаток Ca2+ нарушает организацию хромосом в веретене, вызывая их смещение», - говорит автор-корреспондент Киити Фукуи. «И наоборот, нормальный рост уровня Ca2+ во время митоза способствует конденсации хромосом после разрушения ядерной оболочки».