鎂制造染色體
日本研究人員報(bào)告了一種新型離子檢測(cè)器MARIO。使用它,他們表明細(xì)胞內(nèi)游離鎂離子(Mg 2+)濃度的變化對(duì)于細(xì)胞分裂必須發(fā)生的染色體折疊至關(guān)重要。這些發(fā)現(xiàn)可以在當(dāng)前生物學(xué)中閱讀,為染色體組織提供了一種新的機(jī)制。細(xì)胞分裂對(duì)于新細(xì)胞在體內(nèi)形成是必需的,無論是在正常生長期間還是修復(fù)丟失或受損的細(xì)胞。在細(xì)胞分裂過程中,染色體開始凝聚并保持不變,直到分裂完成。細(xì)胞中的許多蛋白質(zhì)控制著凝結(jié),但是自由離子如Mg 2+也是如此。“染色體帶負(fù)電荷。像Mg 2+這樣的游離陽離子中和電荷,使染色體在細(xì)胞分裂過程中凝結(jié),”國立遺傳學(xué)研究所(NIG)的Kazuhiro Maeshima教授解釋說,他研究DNA的三維動(dòng)態(tài)。并領(lǐng)導(dǎo)了這項(xiàng)研究。
雖然已知Mg 2+可能在染色體重排中起重要作用,但在細(xì)胞分裂過程中定量測(cè)量Mg 2+濃度一直是一個(gè)挑戰(zhàn)。因此,Maeshima教授與大阪大學(xué)的Takeharu Nagai教授合作,他是細(xì)胞內(nèi)信號(hào)傳導(dǎo)化學(xué)探針開發(fā)的領(lǐng)導(dǎo)者。他們一起制定了MARIO(用于光學(xué)成像的鎂比率指示器),一種測(cè)量Mg 2+濃度的熒光探針。“我們可以通過截?cái)郈orA和在結(jié)構(gòu)中引入隨機(jī)突變來提高M(jìn)ARIO在Mg 2+親和力和動(dòng)態(tài)范圍方面的表現(xiàn),”Nagai說。Mg 2+本身在細(xì)胞中很豐富,但不是游離形式。相反,它通常被ATP捕獲。研究人員利用MARIO發(fā)現(xiàn),在細(xì)胞分裂過程中,游離的Mg 2+大大增加,使染色體凝聚。在從中期到后期的轉(zhuǎn)變期間,這種增加達(dá)到頂峰,這標(biāo)志著細(xì)胞分裂期間細(xì)胞膜開始顯示出破裂成兩個(gè)細(xì)胞的跡象。“我們發(fā)現(xiàn)ATP水平與游離Mg 2+之間存在明顯的關(guān)系,”Maeshima說。“ATP越少,Mg 2+越多,染色體濃縮越多。如果我們降低ATP水平,那么染色體就會(huì)更加濃縮。我們提出了一種新的機(jī)制,通過這種機(jī)制在細(xì)胞分裂過程中調(diào)節(jié)動(dòng)力學(xué),其中ATP結(jié)合的Mg 2+通過ATP的水解釋放出來。“
由于細(xì)胞分裂是一種能??量密集型事件,因此推測(cè)該細(xì)胞將消耗更多的ATP。“我們不確定導(dǎo)致ATP需求的原因。但在細(xì)胞分裂過程中采取了一系列措施,因此我們對(duì)Mg 2+水平的增加并不感到驚訝。癌癥等許多疾病都是由細(xì)胞分裂異常引起“我們可以通過截?cái)郈orA和在結(jié)構(gòu)中引入隨機(jī)突變來提高M(jìn)ARIO在Mg 2+親和力和動(dòng)態(tài)范圍方面的表現(xiàn),”Nagai說。
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