細胞核內遺傳物質的空間排列在生物體的發育中起重要作用。巴塞爾大學的一個研究小組與哈佛大學的科學家合作,開發了一種追蹤單個細胞中染色體的方法。使用這種方法,他們現在已經能夠證明染色體在胚胎發育過程中會重組。該研究最近發表在《分子細胞》上。

細胞核內遺傳物質的空間排列在生物體的發育中

我們的身體由功能最多樣化的各種細胞組成。但是,無論是心臟,肝臟還是神經細胞,它們都包含相同的遺傳信息。細胞發育不同的原因是僅讀取其染色體的一部分。這導致某些基因處于活躍狀態,而另一些則處于沉默狀態。

對于基因激活,基因的包裝方式以及它們在細胞核中的空間組織都起著決定性的作用。巴塞爾大學Biozentrum的Susan Mango教授團隊現在對這種3D架構進行了更深入的研究。使用一種新技術,他們能夠在線蟲的胚胎發育過程中追蹤單個染色體,并顯示它們在早期階段會重新排列自身。

染色體排列不是隨機的

如果伸展開來,細胞的所有DNA分子的長度將達到兩米左右。因此,必須將DNA緊密包裝,以適合僅幾微米大小的細胞核。DNA鏈非常緊密地盤繞并扭曲形成了節省空間的結構,稱為染色體。染色體DNA的包裝和排列決定了基因的活性。

在研究中,以蘇珊·芒果(Susan Mango)教授為首的研究人員追蹤了單個染色體,并研究了它們在早期胚胎發育過程中的組織。線蟲秀麗隱桿線蟲的胚胎細胞充當模型。“使用一種新技術,我們能夠在胚胎發生開始時追蹤單個細胞中染色體的空間重排,” Mango說。“這種方法的優點是細胞和組織完全保持完整。”

早期染色體類似于杠鈴

眾所周知,具有相似功能特性的染色體區域相互接觸并相互作用。這意味著染色體結構域分為活動和不活動兩個部分。該研究的第一作者艾希拉·索(Ahilya Sawh)說:“然而,在早期胚胎發生過程中,染色體的組織方式有所不同。”“在早期的胚胎中,它們被組織成一個非常規的杠鈴狀結構,其非活性區室被中央活性區隔開。”研究人員發現,要實現這種杠鈴排列,就需要核層板(位于細胞核內表面的蛋白質網)。層板附著在非活動部分并拉伸染色體。

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