細胞核中的“DNA+組蛋白”不應該是“一碗麵”的樣子？

染色質

是由DNA、組蛋白和少量RNA等組成的複雜線性結構。在真核細胞中，它位在細胞核內，溶於細胞液、鹽和其他小分子中。

如果你開啟一本生物學教科書，找到描述這一章節的圖片時，可能會讓你食慾大開。因為它們看起來就像是一碗麵：一根根長長的“麵條

”

浮在“湯”中。

近日，來自以色列魏茨曼科學研究所分子遺傳學系的Talila Volk教授和生物物理系的Sam Safran教授合作完成的兩項研究告訴我們，這一碗麵的構象應該重新考慮了。

很多研究表明，間期核內染色質的組成是同質的。在“傳統的”構象中，染色質和核質均一的分佈在細胞核內。

然而，新研究打破了這一傳統認知。

也就是說，染色質在細胞核內並非是均勻排列的。

研究人員表示，闡明這一點至關重要，因為DNA在細胞核中的空間排列可以影響DNA分子中包含的基因表達，從而影響到在細胞中發現的蛋白質。這兩項研究近日已發表在

《Science Advances》

和

《eLife》

上。

故事始於Volk在研究機械力如何影響肌肉中的細胞核時，發現肌肉收縮對基因表達模式有直接影響。她說：”我們無法進一步探索這個問題，因為現有的方法依賴於化學儲存細胞的成像，所以無法捕捉肌肉用力的過程中細胞核內發生的情況。”

為了解決這個問題，研究人員設計了一種裝置，使研究活體果蠅幼蟲的肌肉細胞核成為可能。該裝置將半透明的幼蟲固定在一個凹槽內允許其收縮和放鬆肌肉，但保持運動受限，同時用熒光顯微鏡對它們進行掃描。利用該裝置，研究人員獲得了果蠅內部線性組織的DNA及其蛋白質複合物（染色質）的影象，染色質被肌肉細胞核膜包圍。

研究人員原本期待會看到滿滿一碗麵的構象，但結果卻令他們出乎意料：

這些“麵條”（長的染色質分子）並沒有填滿整個細胞核，而是被組織成一個相對較薄的層，附著在細胞核內壁上。

與油和水相互作用的結果類似，即所謂的“

相分離

”。染色質從細胞核內大部分液體中分離出來，並在其外圍找到了自己的位置。

滿滿

“

一

碗麵

”

變成

了

不到半碗的

“帖

碗邊

面

”

研究人員意識到，他們正在著手解決一個基礎生物學問題，即DNA和組蛋白等是如何在活生物體的細胞核中組織起來的。

研究人員表示，結果出乎意料，但他們必須確保這種組織方式沒有任何差錯，而且是具有普遍性的。

在與其他團隊合作後，他們得出了

肯定

的結論。

隨後，研究人員建立了一個理論模型，其中包括控制細胞核內染色質組織的物理因素，例如染色質與其液體環境之間以及染色質與核膜之間的相對吸引力。該模型預測，染色質應與液相分離，這取決於細胞核內液體的相對數量（水合作用）。此外，相分離的染色質可以沿著核膜內部自行排列，就像Volk團隊在他們的實驗中發現的那樣。

研究人員還解釋了在其他科學家之前的研究中，為什麼會出現滿滿一碗麵的形象，即染色質似乎充滿了細胞核。

Safran解釋說：“當科學家將細胞放在玻片上以便在顯微鏡下觀察時，他們會改變細胞的體積並使其變平。這可能會擾亂控制染色質排列的一些力，並減少細胞核上部到其底部之間的距離。”

為了確保這些發現不侷限於果蠅肌肉細胞，該團隊又研究了活的人體白細胞。在這種情況下，染色質也同樣被組織成一層並排列在核內壁上。

研究人員稱，這表明他們的發現可能是一種普遍現象，而且這種染色質組織方式可能在整個進化過程中被保留了下來。

這項研究為研究DNA在細胞中的組織模式開闢了新的途徑，並進一步研究了作用於細胞核和染色質並影響基因表達的機械力。研究人員表示，一個潛在的方向是探索健康和疾病中的DNA組織是否存在差異。如果存在，這種差異可以被用於診斷，例如，可以作為檢測癌細胞的新引數。在胚胎髮育研究中，探索DNA組織模式還將有助於澄清機械力是否影響細胞的分化。

論文連結：

https：//www。science。org/doi/10。1126/sciadv。abf6251

https：//elifesciences。org/articles/63976