Перед делением клетки, когда родительская клетка делится на две дочерние клетки, каждая с идентичным набором генетической информации, реплицированные хромосомы конденсируются и выравниваются вдоль веретена в середине клетки. Это метафазная стадия митоза. Хромосомы состоят из нитей ДНК, обернутых вокруг гистонов, образующих нуклеосомы, напоминающие бусинки на нитке. Структура хромосомы поддерживается за счет изменений гистонов, белков хромосомного каркаса и положительно заряженных ионов (катионов).
Однако удаление каркасных белков не влияет на конденсацию хромосом, предполагая, что другой фактор вызывает организацию метафазных хромосом. Теперь работа, проведенная Университетом Осаки, показала, что ионы кальция (Ca2 +) играют решающую роль в уплотнении волокон хроматина. Об исследовании было сообщено в Scientific Reports.Кальций — это универсальный вторичный мессенджер, выполняющий множество функций, включая развитие клеточного цикла.
Во время митоза ионы Ca2 + и магния (Mg2 +) высвобождаются из запасающих органелл для связывания хроматина, хотя Ca2 + связывается в 6-8 раз больше, чем Mg2 +, что позволяет предположить, что он играет более важную роль. Группа исследователей во главе с Хидеаки Таката, Киити Фукуи и Риньяпорном Пхенгчатом из Университета Осаки сначала подтвердила, что Са2 + необходим для предотвращения смещения хромосом во время митоза, а затем использовала визуализационную оценку молекулярных взаимодействий на основе затухания флуоресценции (FLIM-FRET), чтобы показать, что хромосомы были менее компактными в отсутствие внутриклеточного Ca2 +.Тот же самый процесс визуализации также показал, что изменения в уровнях Ca2 + в живых клетках HeLa изменяют степень уплотнения хромосом, при этом повторное добавление 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 Пенгчат, — такие результаты должны быть подтверждены in vivo, как мы это сделали с использованием чувствительной техники FLIM-FRET, которая обеспечивает высокий уровень пространственного разрешения».Затем команда использовала сканирующую электронную микроскопию для визуализации хромосомных структур с очень высоким разрешением. «Ca2 + оказывает зависящее от концентрации влияние на структуру хромосом, — объясняет автор-корреспондент Хидеаки Таката, — заставляя хромосомы превращаться из расширенных фиброзных структур в компактные глобулярные структуры с повышением уровня Ca2 +».
Исследователи предполагают, что в отсутствие Ca2 + отрицательно заряженная ДНК менее хорошо нейтрализуется, что предотвращает ее конденсацию и задерживает вступление в прометафазу клеточного цикла. «Мы думаем, что недостаток Ca2 + нарушает организацию хромосом в веретене, вызывая их смещение», — говорит корреспондент Киити Фукуи. «И наоборот, нормальное повышение уровня Са2 + во время митоза способствует конденсации хромосом после разрушения ядерной оболочки».