纳米结构锁定了我们的基因

几十年来，科学家们只能推测异染色质的形状，异染色质是一种由紧密堆积的DNA和蛋白质组成的染色质。然而，最近，冲绳科学技术研究所，研究生大学(OIST)和早稻田大学的研究人员已经能够通过低温电子显微镜中的新型高对比度成像来定义其结构。他们的工作今年1月出现在Molecular Cell杂志上。

新的研究表明，尽管紧密包装，但异染色质的密度可能比以前认为的要低。由核小体 - 卷状DNA和蛋白质束组成 - 异染色质通过称为“异染色质蛋白1(HP1)”的维可牢尼龙搭扣特征连接。这一基本特征允许身体“锁定”基因，使其无法转录。

“我们所知道的生活依赖于这些原理，”该论文的主要作者之一，研究生大学(OIST)冲绳科学与技术研究所分子冷冻电子显微镜部门负责人马蒂亚斯·沃尔夫说。

“这项工作是一次非常富有成效的合作的例子，这是任何一个研究小组都无法做到的，”早稻田大学研究的主要作者Hitoshi Kurumizaka说。在那里，与早稻田的助理教授Shinichi Machida以及该论文的共同第一作者一起，研究人员成功地在体外纯化了异染色质。OIST的研究人员在冷冻电子显微镜下将这些样品成像为玻璃状无定形冰，其中含有数百个异染色质。

科学家们使用计算机算法按类型对单个粒子进行分类，将那些面向同一方向的粒子切割下来。然后，他们将这些数字切口堆叠在一起，将数百张图像组合在一起，创造出更清晰的画面。沃尔夫把双手放在彼此顶上，展示了这个概念。

“如果一切都很完美，那么拇指和所有手指都会对齐，”他说，“你的分辨率会更高。”

基于这些图像，Wolf和他的同事创建了异染色质的三维重建。该单位的组长兼共同第一作者Yoshimasa Takizawa表示，由于结构的灵活性，很难准确了解其形状。泷泽收集了数十万个单个粒子的图像，以获得更好的分辨率。

“我们对它的外观感到惊讶，”他谈到了异染色质的形状，“但这可能与其他功能一致，例如其他蛋白质与暴露DNA的结合。”

在未来，研究人员希望利用他们的知识来理解更高阶的结构，如整个核小体串。

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