Магний уплотняет хромосомы
Японские исследователи сообщают о новом детекторе ионов — MARIO. С его помощью они показали, что изменения внутриклеточной концентрации свободных ионов магния (Mg2+) критически важны для укладки хромосом, необходимой для деления клеток. Результаты, опубликованные в Current Biology, раскрывают новый механизм организации хромосом.
Деление клеток необходимо для образования новых клеток в организме, будь то нормальный рост или восстановление утраченных или повреждённых клеток. Во время деления хромосомы начинают конденсироваться и остаются в таком состоянии до завершения процесса. Этот процесс контролируется рядом белков, а также свободными ионами, такими как Mg2+.
«Хромосомы несут отрицательный заряд. Свободные катионы, такие как Mg2+, нейтрализуют этот заряд, что позволяет хромосомам конденсироваться во время деления клетки», — объясняет профессор Кадзухиро Маэсима из Национального института генетики (NIG), руководивший исследованием.
Хотя роль Mg2+ в перестройке хромосом была известна, количественное измерение его концентрации во время деления оставалось сложной задачей. Профессор Маэсима объединил усилия с профессором Такэхару Нагаи из Университета Осаки, экспертом по разработке химических зондов для внутриклеточной сигнализации. Вместе они создали MARIO (Magnesium Ratiometric Indicator for Optical Imaging) — флуоресцентный зонд для измерения концентрации Mg2+.
MARIO основан на кальциевом индикаторе YC3.60 и состоит из улучшенного цианового флуоресцентного белка, жёлтого флуоресцентного белка VENUS и Mg2+-связывающего домена CorA из бактерий. Связывание Mg2+ с CorA вызывает структурное изменение в MARIO, что меняет флуоресцентный сигнал.
«Мы смогли улучшить работу MARIO, как по сродству к Mg2+, так и по динамическому диапазону, путём усечения CorA и внесения случайных мутаций в структуру», — говорит Нагаи.
Сам по себе магний в клетке abundant, но не в свободной форме. Обычно он связан с АТФ. С помощью MARIO исследователи обнаружили, что во время деления клетки уровень свободного Mg2+ значительно возрастает, что позволяет хромосомам конденсироваться. Пик увеличения пришёлся на переход от метафазы к анафазе — период, когда клеточная мембрана начинает делиться.
«Мы обнаружили чёткую взаимосвязь между уровнем АТФ и свободного Mg2+, — говорит Маэсима. — Чем меньше АТФ, тем больше Mg2+ и сильнее конденсация хромосом. Мы предлагаем новый механизм регуляции динамики во время деления клетки, при котором Mg2+, связанный с АТФ, высвобождается в результате гидролиза АТФ».
Поскольку деление клетки — энергозатратный процесс, предполагается, что клетка потребляет больше АТФ.
«Мы не уверены, что именно вызывает потребность в АТФ. Но во время деления происходит множество процессов, поэтому неудивительно видеть рост уровня Mg2+».
Ряд заболеваний, таких как рак, вызван аномалиями в делении клеток. «Мы ожидаем, что понимание того, как регулируется конденсация хромосом, поможет понять механизм развития этих болезней и возможные пути их лечения», — говорит Маэсима.