Магний образует хромосомы: новый химический инструмент MARIO показывает, как свободные ионы Mg2+ регулируют форму хромосом

Японские исследователи сообщают о новом детекторе ионов MARIO. Используя его, они показывают, что изменения внутриклеточной концентрации свободных ионов магния (Mg^{2+) имеют решающее значение для сворачивания хромосом, которое должно произойти для деления клеток. Выводы, которые можно прочитать в журнале Current Biology, предлагают новый механизм организации хромосом.}

Клеточное деление необходимо для образования новых клеток в организме, будь то во время нормального роста или для восстановления потерянных или поврежденных клеток. Во время клеточного деления хромосомы начинают конденсироваться и остаются таковыми до тех пор, пока деление не завершится. Ряд белков в клетке контролируют конденсацию, но также и свободные ионы, такие как Mg²⁺

«Хромосомы заряжены отрицательно. Свободные катионы, такие как Mg^{2+, нейтрализуют заряд, так что хромосомы могут конденсироваться во время клеточного деления», - объясняет профессор Казухиро Маэсима из Национального института. Генетики (NIG), который изучает трехмерную динамику ДНК и руководил исследованием.}

Хотя известно, что Mg²⁺ может играть важную роль в хромосомной перестройке, количественно измеряя концентрацию Mg²⁺ во время клеточного разделение было проблемой. Поэтому профессор Маэсима объединился с профессором Университета Осаки Такехару Нагаи, лидером в разработке химических зондов для внутриклеточной передачи сигналов. Вместе они разработали MARIO (индикатор отношения магния для оптической визуализации), флуоресцентный зонд, который измеряет концентрацию Mg^2+.

MARIO основан на индикаторе кальция, известном как YC3.60, и состоит из усиленного голубого флуоресцентного белка, желтого флуоресцентного белка VENUS и Mg²⁺-связывающего домена. обнаружен в бактериях, известных как CorA. Связывание Mg^{2+ с CorA вызывает структурные изменения в MARIO, которые изменяют сигнал флуоресценции.}

«Мы могли бы улучшить производительность MARIO, как с точки зрения сродства Mg^{2+, так и динамического диапазона, усекая CorA и вводя случайные мутации в структуру», - говорит Нагаи.}

Сам по себе

Mg²⁺ присутствует в клетке в избытке, но не в свободном виде. Вместо этого он обычно захватывается АТФ. Используя MARIO, исследователи обнаружили, что во время клеточного деления количество свободного Mg^{2+ значительно увеличивается, что позволяет хромосомам конденсироваться. Увеличение достигло пика во время перехода от метафазы к анафазе, что отмечает период клеточного деления, когда клеточная мембрана начинает проявлять признаки разрыва на две клетки.}

«Мы обнаружили четкую взаимосвязь между уровнями АТФ и свободным Mg²⁺», - говорит Маэсима. «Чем меньше АТФ, тем больше Mg²⁺ и тем больше конденсация хромосом. Если мы уменьшаем уровень АТФ, то хромосомы еще больше конденсируются. Мы предлагаем новый механизм, с помощью которого динамика регулируется во время клеточного деление, в котором связанный с АТФ Mg^{2+ высвобождается в результате гидролиза АТФ.}

Поскольку деление клеток является энергоемким процессом, предполагается, что клетка потребляет больше АТФ.

Мы не уверены, что вызывает потребность в АТФ. Но во время клеточного деления предпринимается ряд действий, поэтому мы не удивлены, увидев увеличение уровней Mg^2+.

Ряд заболеваний, таких как рак, вызваны аномалиями в делении клеток. Мы ожидаем, что понимание того, как регулируется конденсация хромосом, поможет нам понять, как развиваются эти заболевания и возможные способы их лечения», - говорит Маэсима.