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如果干细胞变成肌细胞或者细胞决定自我毁灭

坐在你的每个细胞深处似乎是一个神奇的技巧:六英尺的DNA包装在比人类头发宽度小50倍的微小空间中。就像一串细长的遗传意大利面,这个整个身体的DNA蓝图被折叠,扭曲和压实,以适应每个细胞的细胞核。

如果干细胞变成肌细胞或者细胞决定自我毁灭

现在,加州理工学院的研究人员已经展示了细胞如何以巧妙的方式组织看似巨大的基因组,以便他们可以方便地找到并获取重要的基因。了解基因组的微妙三维组织是至关重要的,特别是因为DNA结构的改变与某些疾病如癌症和早期衰老有关。绘制和查明核结构的变化可能有助于找到这些疾病的解决方案。

这项工作是在生物学和遗产医学研究所研究员助理教授Mitchell Guttman的实验室完成的。一篇描述该研究的论文发表在6月7日的Cell期刊在线期刊上。

虽然每个人体中绝大多数细胞含有相同的基因组,但不同类型的细胞能够具有不同的功能,因为基因可以以不同的水平表达 - 换句话说,它们可以打开或关闭。例如,当干细胞发育成神经元时,在细胞核中发生一系列活动以上下调节基因表达水平。这些水平会有所不同,例如,如果干细胞变成肌细胞,或者细胞决定自我毁灭。

除了基因组,核还包含称为核体的结构,它就像核中的微型工厂一样,含有高浓度的细胞机器,所有这些机器都在完成类似的工作,例如打开特定的基因组或修改RNA分子在细胞中产生蛋白质。这种细胞机器需要能够在哺乳动物中有效地搜索六英尺长的DNA - 大约20,000个基因 - 以便精确地找到并控制其目标。这是可能的,因为DNA被组织成三维结构,使得某些基因或多或少可接近。

在这项新研究中,Guttman和他的团队描述了一种三维方法,用于绘制DNA如何在细胞核内部组织以及染色体区域如何相互作用以及与核体相互作用的方法。该技术被称为SPRITE(通过标签扩展进行的分离池识别相互作用),允许研究人员检查核内分子的簇(或“复合物”),以查看哪些分子彼此相互作用以及它们位于何处。

在该技术中,核中的每个复合物被赋予不同的分子条形码,单个复合物内的所有分子接收相同的条形码。然后,可以打开复合物并分析分子。这样,科学家可以确定两个或多个分子是否相互作用,这取决于它们是否具有相同的条形码。

在研究生Sofia Quinodoz的带领下,该团队使用SPRITE发现不同染色体上的基因(DNA的大折叠结构)聚集在特定核体周围。具体而言,非活性基因 - 那些在不同染色体上被关闭的基因聚集在一个特定的核体周围,称为核仁,其中含有抑制基因关闭的DNA上的抑制蛋白。相反,活性基因围绕另一种称为核斑点的核体组成,含有帮助转化基因并使其成为蛋白质的分子。

“雪碧,我们能够看到成千上万的分子-DNAs和RNA的前途在周围单核各种‘中心’在一起的细胞,” Quinodoz,该研究报告的第一作者说。“以前,研究人员认为每条染色体都是独立的,在细胞核中占据着自己的”领域“。但现在我们看到不同染色体上的多个基因聚集在这些细胞机构周围。我们认为这些'中心'可能有助于细胞保持DNA在核的不同部分整齐地打开或关闭,以使细胞机器能够轻易地接近细胞核内的特定基因。

该论文的标题是“高级染色体间中心在核中形成3-D基因组组织”。

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