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      數(shù)學(xué)模型顯示了為什么動(dòng)物在夜間看到
      
			
      
				2019-08-29 09:10:00
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      夜間和晝夜哺乳動(dòng)物看到相同 - 但只是短暫的一段時(shí)間。當(dāng)小鼠出生時(shí)，眼睛細(xì)胞中的染色質(zhì)具有晝夜結(jié)構(gòu)。日復(fù)一日，這種染色質(zhì)的布局慢慢反轉(zhuǎn)，讓老鼠在夜間看到。這種變化如何發(fā)生是一個(gè)謎。
      

      數(shù)學(xué)模型顯示了為什么動(dòng)物在夜間看到
      

      副教授Sungrim Seirin-Lee和胡錦濤生命綜合科學(xué)研究生院講師Hiroshi Ochiai懷疑染色質(zhì)正在形成核變形。“當(dāng)我們開始這項(xiàng)研究時(shí)，我們的假設(shè)是基于數(shù)學(xué)的100%，”Seirin-Lee說。“由于我們的數(shù)學(xué)模型，我們發(fā)現(xiàn)核變形可能是DNA結(jié)構(gòu)變化的關(guān)鍵點(diǎn)。”
      

      如果我們能夠看到細(xì)胞核內(nèi)部，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)染色質(zhì)有不同的類型和區(qū)域。核周圍的中心是常染色質(zhì)，或主要活躍的DNA。另一方面，異染色質(zhì)是一種位于細(xì)胞核外殼或天花板周圍的DNA。與常染色質(zhì)不同，異染色質(zhì)的基因活化很低。
      

      然而，在夜間和晝夜動(dòng)物之間，核結(jié)構(gòu)的差異變得更大 - 尤其是在視網(wǎng)膜周圍。DNA位于夜間哺乳動(dòng)物的細(xì)胞核中心。通常，異染色質(zhì)保留在核膜中。然而，在夜行動(dòng)物的情況下，Seirin-Lee和Ochiai發(fā)現(xiàn)它可以通過改變核的形狀來移動(dòng)。
      

      為了描述染色質(zhì)的運(yùn)動(dòng)，Seirin-Lee和她的同事使用了一種稱為相場建模的數(shù)學(xué)模型。物理學(xué)中常用的一種方法; 相場建?？梢杂脕碜鲆恍┦虑?，比如從水中分辨出冰。然而，根據(jù)Seirin-Lee的說法，“它在生物科學(xué)中并不常見。在染色質(zhì)動(dòng)力學(xué)方面，它是世界上第一個(gè)試驗(yàn)。” 使用該功能，該組可以通過確定和定義細(xì)胞核的內(nèi)部和外部以及常染色質(zhì)與異染色質(zhì)來觀察染色質(zhì)和細(xì)胞核的運(yùn)動(dòng)。
      

      當(dāng)小組在小鼠的眼睛中觀察到異染色質(zhì)時(shí)，他們發(fā)現(xiàn)條件結(jié)構(gòu)觸發(fā)了動(dòng)態(tài)變形，從而導(dǎo)致了倒置的核結(jié)構(gòu)。在倒置結(jié)構(gòu)的情況下，去除了兩種蛋白質(zhì)，這允許異染色質(zhì)移動(dòng)。
      

      然后，在Ochiai的幫助下，他們將模型用于模擬視網(wǎng)膜細(xì)胞的神經(jīng)干細(xì)胞的測試。用蛋白質(zhì)處理細(xì)胞后，在核周邊保留異染色質(zhì)，停止變形。染色質(zhì)聚集增加，核結(jié)構(gòu)無法完成反轉(zhuǎn)。這一發(fā)現(xiàn)與李的數(shù)學(xué)建模一致。
      

      最終，Seirin-Lee和她的同事想知道他們的發(fā)現(xiàn)是否對哺乳動(dòng)物細(xì)胞具有普遍性。“在這個(gè)階段，我們認(rèn)為它只是老鼠的眼睛，”Seirin-Lee說，“但我們不知道。也許人類可以通過動(dòng)態(tài)核變形來擁有這樣的結(jié)構(gòu)。” 接下來，Seirin-Lee正在尋求解決中間結(jié)構(gòu)，或者是核的傳統(tǒng)和倒置結(jié)構(gòu)之間的一種混合。
      
			

			
        
      
			
      
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