镁制造染色体

日本研究人员报告了一种新型离子检测器MARIO。使用它，他们表明，游离镁离子(Mg2+)的细胞内浓度的变化对于细胞分裂必须发生的染色体折叠是至关重要的。这些发现可以在当前生物学中阅读，为染色体组织提供了一种新的机制。

细胞分裂对于新细胞在体内形成是必不可少的，无论是在正常生长期间还是修复丢失或受损的细胞。在细胞分裂过程中，染色体开始凝聚并保持这种状态，直到分裂完成。细胞中的许多蛋白质控制着凝结，但是自由离子如Mg2+也是如此。

“染色体带负电荷。像Mg2+这样的游离阳离子中和电荷，使染色体在细胞分裂过程中凝结，”国立遗传学研究所(NIG)的Kazuhiro Maeshima教授解释，他研究DNA的三维动态。并领导了这项研究。

虽然已知Mg2+可能在染色体重排中起重要作用，但在细胞分裂过程中定量测量Mg2+浓度一直是一个挑战。因此，Maeshima教授与大阪大学教授Takeharu Nagai合作，他是细胞内信号传导化学探针开发的领导者。他们一起制定了MARIO(用于光学成像的镁比率指示器)，一种测量Mg2+浓度的荧光探针。

MARIO基于称为YC3.60的钙指示剂，由增强的青色荧光蛋白，黄色荧光蛋白VENUS和在称为CorA的细菌中发现的Mg2+结合结构域组成。Mg2+与CorA的结合导致MARIO的结构变化，其改变荧光信号。

“通过截断CorA并在结构中引入随机突变，我们可以通过Mg2+亲和力和动态范围提高MARIO的性能，”Nagai说。

Mg2+本身在细胞中丰富，但不是游离形式。相反，它通常被ATP捕获。研究人员利用MARIO发现，在细胞分裂过程中，游离的Mg2+大大增加，使染色体凝聚。在从中期到后期的转变期间，这种增加达到顶峰，这标志着细胞分裂期间细胞膜开始显示出破裂成两个细胞的迹象。

“我们发现ATP水平与游离Mg2+之间存在明显的关系，”Maeshima说。“ATP越少，Mg2+越多，染色体浓缩越多。如果我们降低ATP水平，那么染色体就会更加浓缩。我们提出了一种新的机制，通过这种机制在细胞分裂过程中调节动力学，其中ATP结合的Mg2+通过ATP的水解释放出来。“

由于细胞分裂是一种能量密集型事件，因此推测该细胞将消耗更多的ATP。

“我们不确定导致ATP需求的原因。但在细胞分裂过程中采取了一系列措施，因此我们对Mg2+水平的增加并不感到惊讶。

癌症等许多疾病都是由细胞分裂异常引起的。我们希望了解如何调节染色体浓缩将有助于我们了解这些疾病是如何发展的以及可能的治疗方法，“Maeshima说。

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