基因組折疊現(xiàn)在有一個(gè)劇本。一個(gè)新的逐步說(shuō)明在細(xì)節(jié)分辨率中闡明細(xì)胞如何快速將長(zhǎng)染色體纏結(jié)成細(xì)胞分裂所需的微小緊密纏繞束?；羧A德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究人員在2018年1月18日的“科學(xué)”雜志上報(bào)道，細(xì)胞將染色體卷入環(huán)狀，然后將環(huán)狀物纏繞成螺旋形樓梯結(jié)構(gòu)。

“這是最基本的遺傳過(guò)程，”研究合著者和霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所(HHMI)調(diào)查員Job Dekker說(shuō)。如果包裝出錯(cuò)，染色體可能會(huì)破裂并最終落入錯(cuò)誤的位置 - 這是癌癥的標(biāo)志。

Dekker說(shuō)，這項(xiàng)新工作解決了一個(gè)可追溯到一個(gè)多世紀(jì)以來(lái)的生物學(xué)謎團(tuán)，科學(xué)家們首次在顯微鏡下觀察染色體。

大多數(shù)時(shí)候，我們細(xì)胞的染色體在細(xì)胞核中像一條未分開(kāi)的紗線一樣串起。馬薩諸塞大學(xué)醫(yī)學(xué)院的生物化學(xué)家Dekker說(shuō)，彌漫性鏈條看起來(lái)像小斑點(diǎn)。但是在有絲分裂期間，當(dāng)我們的細(xì)胞準(zhǔn)備分裂為兩個(gè)并將遺傳物質(zhì)移交給子細(xì)胞時(shí)，染色體會(huì)卷起來(lái)，將大約6英尺的DNA塞進(jìn)微觀包裝中。Dekker說(shuō)，細(xì)胞可以很容易地將這些濃縮的X形塊提供給它們的女兒。然后，染色體再次折皺，重新變成斑點(diǎn)。

科學(xué)家此前已經(jīng)弄清楚細(xì)胞如何構(gòu)建這些松散的彌散染色體。四年前，Dekker及其同事報(bào)告了緊密堆積染色體的結(jié)構(gòu) - 一系列連續(xù)的環(huán)。但是，他說(shuō)，最大的問(wèn)題是細(xì)胞如何從一種狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪环N狀態(tài)，又一次又一次地轉(zhuǎn)變 - 而且速度如此之快。“整個(gè)過(guò)程發(fā)生在10到15分鐘，”他說(shuō)。“這太不可思議了。”

這也是一場(chǎng)激烈爭(zhēng)論的問(wèn)題。一些研究人員認(rèn)為，細(xì)胞將染色體扭曲成螺旋狀，而另一些研究人員認(rèn)為細(xì)胞只是粘在環(huán)狀物上。

Dekker，以及愛(ài)丁堡大學(xué)惠康細(xì)胞生物學(xué)信托中心的William Earnshaw，麻省理工學(xué)院的Leonid Mirny及其同事利用遺傳技巧在實(shí)驗(yàn)室中同步雞細(xì)胞，以便他們同時(shí)開(kāi)始包裝染色體。然后科學(xué)家們?cè)诓煌臅r(shí)間點(diǎn)拍攝了染色體的快照。

幾分鐘之內(nèi)，研究人員就可以看到像Jell-O一樣的DNA球體排列成繩狀桿。

接下來(lái)，該團(tuán)隊(duì)將染色體粘合在一起，將所有個(gè)別鏈接觸的斑點(diǎn)粘在一起。分析這些連接點(diǎn)的DNA序列為團(tuán)隊(duì)提供了有關(guān)染色體結(jié)構(gòu)的線索。“如果你知道繩索的哪一部分緊挨著它，你可以重建它的三維結(jié)構(gòu)，”Dekker說(shuō)。

這些數(shù)據(jù)以及折疊過(guò)程的計(jì)算機(jī)模擬讓研究人員測(cè)試了染色體如何從斑點(diǎn)轉(zhuǎn)變?yōu)闂U狀的預(yù)測(cè)。“因?yàn)榻Y(jié)構(gòu)完全不同，你會(huì)想，'哦，這必定是一個(gè)非常復(fù)雜和困難的過(guò)程'，”Dekker說(shuō)。

但實(shí)際上，這一切都發(fā)生在幾個(gè)簡(jiǎn)單的步驟中，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)。稱為凝聚素的小型環(huán)狀蛋白質(zhì)馬達(dá)通過(guò)環(huán)推動(dòng)染色體碼，形成環(huán)。Condensin II將染色體編織成一系列寬環(huán)，然后另一種蛋白凝結(jié)蛋白I將大環(huán)分成較小的環(huán)。然后，每個(gè)染色體數(shù)百個(gè)循環(huán)像螺旋形樓梯一樣扭轉(zhuǎn)。

Dekker說(shuō)，這種優(yōu)雅，高效的包裝策略可以解釋每次細(xì)胞分裂時(shí)細(xì)胞如何可靠地將染色體一遍又一遍地捆扎在一起。

這項(xiàng)新工作有望統(tǒng)一兩種以前相互矛盾的有絲分裂染色體觀點(diǎn)。Dekker說(shuō)，染色體可以排列成一系列環(huán)，但它們也可以是螺旋狀的。“我發(fā)現(xiàn)這非常令人滿意，”他說(shuō)。“我總是瞄準(zhǔn)合作。如果你面對(duì)的數(shù)據(jù)集應(yīng)該告訴你兩件不同的東西，你能找到一種方法讓他們都正確嗎?”