來(lái)自費(fèi)城兒童醫(yī)院的一組研究人員發(fā)現(xiàn)了基本生物學(xué)過(guò)程的的關(guān)鍵新機(jī)制，即細(xì)胞核及其染色體物質(zhì)如何在細(xì)胞分裂后自我重組的。這些染色體結(jié)構(gòu)和功能的新發(fā)現(xiàn)將為人類健康和疾病提供重要的新見(jiàn)解。

這一研究發(fā)現(xiàn)公布在Nature雜志上，描述了驅(qū)動(dòng)有絲分裂后染色體重組的生物學(xué)結(jié)構(gòu)和動(dòng)力。
研究負(fù)責(zé)人Gerd A. Blobel博士說(shuō)：“有絲分裂期間，由于細(xì)胞分裂成兩個(gè)子細(xì)胞，實(shí)際上所有基因都被暫時(shí)關(guān)閉，染色質(zhì)纖維中復(fù)雜的結(jié)構(gòu)（染色體的實(shí)體）被破壞了。有絲分裂后，子細(xì)胞需要忠實(shí)地重建每個(gè)細(xì)胞核內(nèi)復(fù)雜的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)。”

盡管細(xì)胞生長(zhǎng)和分裂的細(xì)胞周期至關(guān)重要，但此前很少有科學(xué)家研究過(guò)染色質(zhì)重建的機(jī)制。

“一直以來(lái)，生物學(xué)上一直存在一個(gè)問(wèn)題，那就是基因組在核中的真實(shí)組織方式。一個(gè)細(xì)胞基因組中的所有DNA堿基，如果解開(kāi)成一條直線，將延伸兩米。現(xiàn)在這種物質(zhì)局限在細(xì)胞核內(nèi)一個(gè)很小的空間里，這需要高度組織化的包裝。”

研究小組在來(lái)自成熟小鼠模型的造血細(xì)胞中進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。他們采用了稱為高通量染色體構(gòu)象捕獲（Hi-C）的技術(shù)，該技術(shù)可以檢測(cè)和定位染色體DNA中特定位點(diǎn)之間的三維空間相互作用。這些圖譜還能幫助科學(xué)家在細(xì)胞周期的不同時(shí)間點(diǎn)測(cè)量這種相互作用。總體而言，這些工具在有絲分裂期間以及之后的子細(xì)胞核重建過(guò)程中能檢測(cè)到大約20億次相互作用。

最終研究人員發(fā)現(xiàn)了染色質(zhì)中結(jié)構(gòu)組裝的機(jī)制：轉(zhuǎn)錄活性和沉默區(qū)室的出現(xiàn)和擴(kuò)展，然后在基因組調(diào)控區(qū)域之間建立聯(lián)系，所謂建筑蛋白CTCF和粘著蛋白發(fā)生變化（這有助于塑造基因組）。Blobel說(shuō)：“我們的發(fā)現(xiàn)描述了染色體有絲分裂后自我重建的序列動(dòng)態(tài)層次框架。”

除了描述細(xì)胞生物學(xué)的關(guān)鍵過(guò)程外，該研究還深入分析了Blobel所說(shuō)的“染色質(zhì)結(jié)構(gòu)和基因轉(zhuǎn)錄之間的復(fù)雜相互作用”。

轉(zhuǎn)錄，即DNA中編碼的信息向RNA中等同信息的轉(zhuǎn)換，在有絲分裂期間暫時(shí)停止，但此后在子細(xì)胞中重新激活。由于破壞正常基因組結(jié)構(gòu)或轉(zhuǎn)錄的基因突變可以在疾病中發(fā)揮關(guān)鍵作用，因此更好地了解染色質(zhì)結(jié)構(gòu)具有潛在的臨床重要性。

舉一個(gè)例子，研究人員已經(jīng)分析了粘著素缺陷導(dǎo)致的多系統(tǒng)遺傳疾病，例如Cornelia deLange綜合征。 Blobel說(shuō)：“染色質(zhì)相關(guān)結(jié)構(gòu)的異常與疾病有關(guān)，因此我們這項(xiàng)研究的一個(gè)意義在于應(yīng)該從細(xì)胞周期的角度來(lái)觀察影響染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的疾病。”

總而言之，Blobel補(bǔ)充說(shuō)：“這項(xiàng)新研究為生物學(xué)關(guān)鍵過(guò)程的基本方面提供了重要見(jiàn)解——時(shí)空上的染色質(zhì)組織。”