細(xì)胞核內(nèi)遺傳物質(zhì)的空間排列在生物體的發(fā)育中起重要作用。巴塞爾大學(xué)的一個(gè)研究小組與哈佛大學(xué)的科學(xué)家合作，開發(fā)了一種追蹤單個(gè)細(xì)胞中染色體的方法。使用這種方法，他們現(xiàn)在已經(jīng)能夠證明染色體在胚胎發(fā)育過(guò)程中會(huì)重組。該研究最近發(fā)表在《分子細(xì)胞》上。

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

對(duì)于基因激活，基因的包裝方式以及它們?cè)诩?xì)胞核中的空間組織都起著決定性的作用。巴塞爾大學(xué)Biozentrum的Susan Mango教授團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在對(duì)這種3D架構(gòu)進(jìn)行了更深入的研究。使用一種新技術(shù)，他們能夠在線蟲的胚胎發(fā)育過(guò)程中追蹤單個(gè)染色體，并顯示它們?cè)谠缙陔A段會(huì)重新排列自身。

染色體排列不是隨機(jī)的

如果伸展開來(lái)，細(xì)胞的所有DNA分子的長(zhǎng)度將達(dá)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(xì)胞核。DNA鏈非常緊密地盤繞并扭曲形成了節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)，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(gè)染色體，并研究了它們?cè)谠缙谂咛グl(fā)育過(guò)程中的組織。線蟲秀麗隱桿線蟲的胚胎細(xì)胞充當(dāng)模型。

使用一種新穎的技術(shù)，我們能夠在胚胎發(fā)生開始時(shí)追蹤單個(gè)細(xì)胞中染色體的空間重排。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是細(xì)胞和組織完全保持完整。

早期染色體類似于杠鈴

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眾所周知，具有相似功能特性的染色體區(qū)域相互接觸并相互作用。這意味著染色體結(jié)構(gòu)域分為活動(dòng)和不活動(dòng)兩個(gè)部分。該研究的第一作者艾希拉·索(Ahilya Sawh)說(shuō)：“然而，在早期胚胎發(fā)生過(guò)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(gè)非常規(guī)的杠鈴狀結(jié)構(gòu)，其非活性區(qū)室被中央活性區(qū)隔開。” 研究人員發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)這種杠鈴排列，就需要核層板(位于細(xì)胞核內(nèi)表面的蛋白質(zhì)網(wǎng))。層板附著在非活動(dòng)部分并拉伸染色體。

染色體在胚胎發(fā)生過(guò)程中重組

芒果解釋說(shuō)：“只有在胚胎發(fā)育的后期階段，當(dāng)胚芽層發(fā)育時(shí)，我們實(shí)際上才看到眾所周知的分離成一個(gè)活躍和不活躍的區(qū)域。” “使用染色體追蹤，我們能夠繪制整個(gè)3D染色體結(jié)構(gòu)圖，并首次顯示出染色體在早期發(fā)育過(guò)程中會(huì)發(fā)生重排，而成熟過(guò)程需要核層。”

染色體的重組伴隨著細(xì)胞的成熟，代表了復(fù)雜生物體發(fā)展的里程碑。正確的染色體結(jié)構(gòu)對(duì)于預(yù)防發(fā)育障礙至關(guān)重要。