細(xì)胞核中活性與基因組無活性部分的空間分離對于基因表達(dá)控制至關(guān)重要。一項新的研究揭示了這種分離的主要機制，并將我們對核心的描述顛倒過來。

真核染色體由染色質(zhì)構(gòu)成，染色質(zhì)是DNA和相關(guān)蛋白的復(fù)合物。根據(jù)轉(zhuǎn)錄活性和壓實程度，可以區(qū)分兩種類型的染色質(zhì)，這兩種類型在細(xì)胞核內(nèi)在空間上分開。高度濃縮的部分由染色質(zhì)區(qū)域組成，其含有很少的基因并且是轉(zhuǎn)錄失活的。

它被稱為異染色質(zhì)，位于細(xì)胞核的外圍，靠近核膜。另一方面，常染色質(zhì)富含基因并且對應(yīng)于基因組的活性部分。它占據(jù)細(xì)胞核的內(nèi)部區(qū)域，密度較小，因此基因表達(dá)所需的蛋白質(zhì)機器更容易接近。這種基因組組織的一般模式幾乎存在于所有真核細(xì)胞類型中，

由位于慕尼黑Biocenter的Ludwig-Maximilians-Universitaet(LMU)的Irina Solovei領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊與Job Dekker(馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院)和麻省理工學(xué)院Leonid Mirny的物理學(xué)家(醫(yī)學(xué)工程研究所)合作開展的研究和科學(xué))現(xiàn)在表明染色質(zhì)分離的驅(qū)動力是無活性的異染色質(zhì)，并且常染色質(zhì)和異染色質(zhì)的“默認(rèn)”染色質(zhì)分布是相反的。新發(fā)現(xiàn)發(fā)表在“自然”雜志上。

已經(jīng)提出了許多機制來解釋染色質(zhì)如何在細(xì)胞核內(nèi)分離，但是它們中沒有一個是決定性的，主要是因為很難分析兩種染色質(zhì)類型在常規(guī)細(xì)胞核中的相互作用，其中異染色質(zhì)拴在核膜上。“因此，對于我們的研究，我們選擇了所謂的倒置細(xì)胞核，”Solovei說。她和她的慕尼黑同事大約10年前在夜間活動的哺乳動物的視網(wǎng)膜中發(fā)現(xiàn)了這些細(xì)胞核，在那里它們被限制為被稱為視桿細(xì)胞的感光細(xì)胞類型。

在棒中，緊密凝聚的異染色質(zhì)包裝在細(xì)胞核內(nèi)部，而活性常染色質(zhì)直接位于核膜下 - 這是一般規(guī)則的一個獨特例外。結(jié)果表明，桿狀核的異染色質(zhì)核心充當(dāng)微透鏡會聚光，從而改善夜間視網(wǎng)膜的光學(xué)特性。來自同一組的后續(xù)研究揭示了這種非典型核缺乏兩種蛋白質(zhì)復(fù)合物的反轉(zhuǎn)機制，這兩種蛋白質(zhì)復(fù)合物通常將異染色質(zhì)連接到核膜的內(nèi)層表面，即核層。

利用現(xiàn)代顯微鏡和分子生物學(xué)技術(shù)相結(jié)合的數(shù)據(jù)，研究人員現(xiàn)在已經(jīng)生成了單個染色體和整個細(xì)胞核的聚合物模型。通過模擬這些聚合物在不同條件下的行為，他們能夠研究兩種染色質(zhì)組分和核層之間和之間相互作用的作用。這些研究表明單獨的異染色區(qū)域之間的相互作用足以進(jìn)行染色質(zhì)分離，而常染色質(zhì)中的相互作用對于該過程是不必要的。

“我們的研究結(jié)果表明，倒核在概念上代表了默認(rèn)的核結(jié)構(gòu)，”米爾尼說。“雖然異染色質(zhì)與核層的相互作用對于建立傳統(tǒng)建筑至關(guān)重要。”“在這方面，”Solovei說，“有趣的是，為什么大多數(shù)真核生物都具有常規(guī)核，以及異染色質(zhì)在核周邊定位的功能相關(guān)性是多么令人感興趣。”