- Un nuovo strumento chimico, MARIO, mostra come gli ioni Mg2+ liberi regolano la forma cromosomica.
La divisione cellulare è essenziale per la formazione di nuove cellule nel corpo, durante la normale crescita o per riparare le cellule perse o danneggiate. Durante la divisione cellulare, i cromosomi iniziano a condensarsi e rimangono tali fino a quando la divisione non è completa. Un numero di proteine nella cellula controlla la condensazione, ma anche gli ioni liberi come gli ioni magnesio. Dei ricercatori giapponesi riportano un nuovo rivelatore di ioni, MARIO. Usandolo, mostrano che i cambiamenti nella concentrazione intracellulare di ioni magnesio liberi (Mg2+) sono fondamentali per la piegatura dei cromosomi che deve verificarsi nelle cellule in divisione. I risultati, che possono essere letti in Current Biology, forniscono un nuovo meccanismo per l’organizzazione dei cromosomi. Sebbene sia noto che l’Mg2+ potrebbe avere un ruolo importante nel riarrangiamento cromosomico, misurare quantitativamente la concentrazione di Mg2+ durante la divisione cellulare è stata una sfida. Il Prof. Maeshima ha quindi collaborato con il Prof. Takeharu Nagai dell’Università di Osaka, leader nello sviluppo di sonde chimiche per i segnali intracellulari. Insieme, hanno formulato una sonda fluorescente che misura la concentrazione di Mg2+.
Lo hanno chiamato MARIO (Magnesium Ratiometric Indicator for Optical Imaging). Il Prof. Kazuhiro Maeshima dell’Istituto Nazionale di Genetica (NIG), e autore senior spiega il lavoro: “I cromosomi sono carichi negativamente. Cationi liberi come l’Mg2+ neutralizzano la carica in modo che i cromosomi possano condensarsi durante la divisione cellulare. Un indicatore noto come YC3.60 è composto da una proteina fluorescente violetta potenziata, la proteina fluorescente gialla VENUS e un dominio legante Mg2+ trovato in batteri noti come CorA. Il legame del Mg2+ a CorA provoca un cambiamento strutturale in MARIO che modifica il segnale di fluorescenza. “Potremmo migliorare le prestazioni di MARIO, sia in termini di affinità Mg2+ che gamma dinamica, troncando CorA e introducendo mutazioni casuali nella struttura”. Il magnesio stesso è abbondante nella cellula, ma non in forma libera, ma di solito viene catturato dall’ ATP. Utilizzando MARIO, i ricercatori hanno scoperto che durante la divisione cellulare, il Mg2+ libero aumenta notevolmente, consentendo la condensazione dei cromosomi.
L’aumento ha raggiunto il picco durante la transizione da metafase ad anafase, che segna il periodo in divisione cellulare che la membrana cellulare inizia a mostrare segni di rottura in due cellule. Il team ha trovato una chiara relazione tra i livelli di ATP e l’Mg2+ gratuito. Meno ATP, più Mg2 + e più condensa cromosomica. Se i livelii di ATP sono artificialmente diminuiti, allora i cromosomi si condensano ancora di più. Quindi i ricercatori propongono un nuovo meccanismo mediante il quale le dinamiche sono regolate durante la divisione cellulare, in cui il magnesio legato all’ATP viene rilasciato dalla sua idrolisi. Poiché la divisione cellulare è un evento ad alta intensità energetica, si presume che la cellula consumerà più ATP. Il team non è sicuro di quali siano le cause della domanda di ATP. Ma una serie di azioni sono prese durante la divisione cellulare, quindi non è sorprendente vedere aumentare i livelli di Mg2+. Un certo numero di malattie come il cancro sono causate da anomalie nella divisione cellulare e nella forma cromosomica. I ricercatori si aspettano che comprendere come viene regolata la condensazione del cromosoma li aiuterà a capire come si sviluppano queste malattie e possibili modi per trattarle.
- a cura del Dr. Gianfrancesco Cormaci, PhD, specialista in Biochimica Clinica.
Pubblicazioni scientifiche
Maeshima K et al., Nagai T. Curr Biol. 2018; 28(3):444-451.
Nozaki T et al., Maeshima K. Mol Cell. 2017; 67(2):282-293.
Maeshima K et al. EMBO J. 2016 May 17; 35(10):1115-32.