科学家们在我们的细胞中绘制了一个复杂的芭蕾舞剧

多年来，科学家们一直在研究人类染色体及其携带的DNA，研究构成每个细胞的遗传密码，以寻找从眼睛颜色到先天性疾病的所有线索。然而，在一项新的研究中，科学家已经证明细胞内染色体的运动也可能在人类的特征和健康中发挥作用。

在自然通讯杂志上发表的一篇论文中，德克萨斯大学奥斯汀分校的科学家利用计算机建模绘制了染色体的运动图，展示了数十亿的碱基对DNA是如何被填充到一个不可思议的小空间而不会被纠结的。他们第一次表明这种运动是缓慢的，像玻璃一样，从一种细胞类型到另一种细胞类型不同，甚至在相同类型的细胞中也是如此。更好地理解这一运动可能对遗传病，人类健康和基因编辑的研究产生重大影响。

“奥斯汀化学系主任Dave Thirumalai说：”我们选择不仅考虑结构，而是通过动态来了解这些大量遗传信息的包装方式，以及不同基因座的移动方式。“我们了解到，不仅仅是您需要担心的遗传密码。如果运动的时机关闭，您可能最终会出现功能失常。”

Thirumalai与马里兰大学的主要作者和研究生Guang Shi一起研究了两条不同的染色体是如何移动的。在计算机模型中，一条染色体在复制后开始看起来像一个展开的纱线球。慢慢地，染色体开始自我折叠。它形成染色体液滴，就像串在项链上的玻璃珠，然后缠绕成一个球。即使在染色体达到这个紧凑阶段之后，运动仍在继续。

“我们发现染色体的运动缓慢，让人想起玻璃样行为。我们相信这可能会对细胞如何单独和集体表现出深远的影响，”施说。“此外，染色体的不同区域以不同的速度移动。”

该团队选择观察染色体5和10，绘制每个移动的方式。在5号染色体上发现的基因与某些形式的白血病，帕金森病和男性不育症有关。10号染色体上的基因与卟啉症的类型有关，这是一种血液病;胶质母细胞瘤，一种侵袭性脑癌;和一种先天性耳聋。在该模型中，很明显每个染色体的运动都会发生变化，这取决于细胞。例如，一个细胞中的染色体5可能与另一个细胞中的移动方式非常不同，也许更慢。

Thirumalai建议将DNA视为一本带有人类食谱的书，其中您需要的信息在第264页。阅读代码很容易。但我们现在明白这本书正在经历时空。这可能使找到第264页更加困难。

“基因表达是细胞最重要的生物学功能之一，是一个动态过程而不是静态过程，”施说。“对于在人体细胞中表达的每个基因，染色体的远端区域必须接触。当这些动力过程被破坏时，细胞可能由于几个关键基因的表达失败而死亡，或者有时会变成癌细胞。 “

Shi说，染色体见面需要多长时间，当它们相遇时，以及它们保持接触的时间长度 - 像这样的研究揭示的东西 - 可以提高科学家对某些疾病的认识。研究人员希望继续研究不同类型的染色体的动态和探索是否异常细胞，如癌症细胞，有不同的力度。

Thirumalai说：“看看癌细胞中是否有一些突变，如果运动不同，那将是非常有趣的。”

韩国高等研究院的研究人员也为这项研究做出了贡献。资金来自美国国家科学基金会和德克萨斯大学奥斯汀分校的Collie-Welch董事会主席。

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