細胞分裂期の染色体凝縮はマグネシウムイオンの増加によって起こる －生細胞イメージングにより新たなメカニズムを検証－

今村博臣 生命科学研究科准教授、前島一博 国立遺伝学研究所教授、永井健治 大阪大学教授、岡浩太郎 慶應義塾大学教授らの研究グループは、生細胞内のマグネシウムイオン（Mg ²⁺ ）濃度を蛍光イメージングにより可視化し、細胞分裂の際にMg ²⁺ が染色体の凝縮に関わっていることを初めて証明しました。

本研究成果は、2018年1月19日午前2時に米国の学術誌「Current Biology」に掲載されました。

本研究成果のポイント

• 高性能蛍光マグネシウムセンサーを開発
• 生細胞イメージングにより細胞分裂の際のMg ²⁺ の濃度上昇を観測することに成功
• ATPに結合していたMg ²⁺ がATPの消費により放出されることでその濃度が上昇
• Mg ²⁺ が分裂期の細胞内での染色体凝縮に関わっていることを初めて証明
• 染色体形成の異常が引き起こす疾病の解明への貢献に期待

概要

細胞が分裂する際、ヒトでは全長2メートルにも及ぶゲノムDNAからコンパクトに凝縮した「染色体」と呼ばれるDNAの束が作られ、2つの細胞に正確に分配されていきます。半世紀以上前、細胞に大量に存在するMg ²⁺ がゲノムDNA凝縮の鍵となりうることが提唱されたことがありましたが、当時は細胞内Mg ²⁺ 濃度を測定する手段が無かったため、証明されぬまま忘れられていました。

本研究グループは、蛍光タンパク質技術を駆使してMg ²⁺ 濃度の変化を高感度で感知できる蛍光センサーMARIOを開発し、生細胞内のMg ²⁺ 濃度を蛍光イメージングにより可視化することに成功しました。そして細胞分裂の際にMg ²⁺ 濃度が一過的に上昇することを示すとともに、負の電気を帯びているDNA同士の反発を弱め、染色体の凝縮を促進していることを明らかにしました。本研究によって、実際にMg ²⁺ が細胞の中で染色体の凝縮に関わっていることが初めて証明されました。

図：細胞が分裂する際にMg ²⁺ が増加し、染色体の凝縮が促進される。細胞内活動のエネルギー源であるATPの減少により、Mg－ATPから遊離したMg ²⁺ が供給される。

詳しい研究内容について

• 細胞分裂期の染色体凝縮はマグネシウムイオンの増加によって起こる －生細胞イメージングにより新たなメカニズムを検証－

書誌情報

【DOI】 https://doi.org/10.1016/j.cub.2017.12.035

【KURENAIアクセスURL】 http://hdl.handle.net/2433/228936

Kazuhiro Maeshima, Tomoki Matsuda, Yutaka Shindo, Hiromi Imamura, Sachiko Tamura, Ryosuke Imai, Syoji Kawakami, Ryosuke Nagashima, Tomoyoshi Soga, Hiroyuki Noji, Kotaro Oka, Takeharu Nagai (2018). A Transient Rise in Free Mg2+ Ions Released from ATP-Mg Hydrolysis Contributes to Mitotic Chromosome Condensation. Current Biology, 28(3), 444-451.e6.

• 科学新聞（2月9日 4面）に掲載されました。