羅蒙諾索夫莫斯科國立大學(xué)的科學(xué)家與他們的美國同事合作開展了一項(xiàng)關(guān)于細(xì)胞核DNA包裝及其DNA復(fù)制過程改變的研究。DNA包裝應(yīng)該對基因的活動(dòng)產(chǎn)生很大的影響。它也是基因表達(dá)的表觀遺傳控制機(jī)制之一。

生物學(xué)家Igor Kireev是Belozersky物理化學(xué)生物學(xué)研究所的電子顯微鏡部門主任，也是文章作者之一，他說：“雖然特定生物體中的所有細(xì)胞都具有相似的遺傳信息，但并非所有基因都在特定的基因中運(yùn)作。事實(shí)上，這組活性基因決定了細(xì)胞的命運(yùn)。有一些細(xì)胞機(jī)制有助于細(xì)胞記憶哪些基因應(yīng)該被激活，哪些不應(yīng)該被激活。這是表觀遺傳控制，換句話說就是細(xì)胞記憶，這決定了細(xì)胞是什么，以及指導(dǎo)它以這種方式形成的基因。我們對所謂的高水平的染色體結(jié)構(gòu)組織感興趣，它們是通過DNA包裝的一系列連續(xù)階段形成的。

DNA作為蛋白質(zhì) - 染色質(zhì)的復(fù)合物存在于細(xì)胞中。染色質(zhì)壓實(shí)的初始階段進(jìn)行了很好的研究。這些是核小體，蛋白質(zhì)小球，每個(gè)大約10納米長，由8個(gè)組蛋白分子組成，DNA被包裹在其周圍。然后，一系列核小體以我們尚不知道的方式包裝，導(dǎo)致更厚的原纖維和色素沉著。最后，我們得到了很高的壓實(shí)度。因此，最密集壓縮的有絲分裂染色體的長度比包含在其中的DNA長度小20 000倍。

復(fù)制是復(fù)制DNA分子的過程，轉(zhuǎn)錄是RNA合成的過程，都是以DNA為模板。傳統(tǒng)上認(rèn)為染色質(zhì)中DNA的高度壓縮阻礙了這些基于模板的合成過程，并且應(yīng)該在相當(dāng)大的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的范圍內(nèi)進(jìn)行分解。確定這些領(lǐng)域并以高空間分辨率分析其結(jié)構(gòu)組織而不打擾其自然結(jié)構(gòu)是相當(dāng)困難的。

Igor Kireev評論說：“我們提供了一種基于活性和非活性基因位點(diǎn)復(fù)制時(shí)間差異標(biāo)記染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的方法。雖然活躍轉(zhuǎn)錄染色體區(qū)域 - 所謂的常染色質(zhì) - 在細(xì)胞周期合成階段的最初階段復(fù)制，在其第二半無效“無聲”異復(fù)制。我們的技術(shù)允許在電子顯微鏡水平染色質(zhì)的這兩個(gè)級分的非破壞性檢測。它使用與由隨后的檢測的反應(yīng)產(chǎn)物的點(diǎn)擊化學(xué)的方法基于新合成的DNA的標(biāo)記的組合相關(guān)的超分辨率光學(xué)顯微鏡和免疫電子顯微鏡。換句話說，我們可以在光學(xué)和電子顯微鏡中看到這個(gè)細(xì)胞中同一個(gè)分子。“這種方法的應(yīng)用產(chǎn)生了兩個(gè)令人驚訝的觀察結(jié)果。首先，與傳統(tǒng)觀念相反，“工作”染色質(zhì)保持了相當(dāng)高的包裝水平，因?yàn)樗筛叨扔行蛉旧|(zhì)的高度結(jié)構(gòu)化染色質(zhì)原纖維代表。其次，事實(shí)證明，色素結(jié)構(gòu)中的DNA具有高度的結(jié)構(gòu)靈活性，這意味著它能夠從色譜纖維的一個(gè)部分流到相鄰的部分。然而，色酮的一般致密結(jié)構(gòu)不會(huì)改變。這些觀察結(jié)果提出了關(guān)于細(xì)胞分裂過程中表觀遺傳信息轉(zhuǎn)移機(jī)制的新假設(shè)。

Igor Kireev說：“我們假設(shè)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)中新合成的DNA不是固定的，而是可以在它們內(nèi)部移動(dòng)，與尚未加倍的DNA片段相互作用，并且”記住所有事物。“ 此外，這種DNA含有必要的分子成分，用于恢復(fù)丟失的表觀遺傳信息。“

該文章中提到的另一個(gè)結(jié)果，已發(fā)表在當(dāng)代生物學(xué)，是基因組結(jié)構(gòu)組織沒有嚴(yán)格的等級。當(dāng)然，有一些漸進(jìn)的DNA組織水平。之前認(rèn)為應(yīng)該有一個(gè)嚴(yán)格有序的系統(tǒng)，它獨(dú)特地導(dǎo)致染色體形成。但現(xiàn)在，事實(shí)證明，一切都可以以不同的方式組織 - 有一些建立原則，但在指定的染色質(zhì)框架內(nèi)，DNA具有一定的自由度和靈活性。

Igor Kireev分享了未來的計(jì)劃：“進(jìn)一步的研究發(fā)展首先包括過渡到個(gè)體染色體位點(diǎn)的分析。我們將在TALE技術(shù)的幫助下，在光學(xué)和電子顯微鏡水平上對它們進(jìn)行標(biāo)記。其次，進(jìn)一步研究將解決了與冷凍電子顯微鏡等先進(jìn)技術(shù)兼容的更多本地體內(nèi)標(biāo)記方法的問題。“

科學(xué)家希望詳細(xì)觀察DNA空間組織，采用高分辨率直接染色質(zhì)包裝方法的可視化方法。該研究將有助于闡明基因表達(dá)的表觀遺傳控制的結(jié)構(gòu)方面，并可能提供對其調(diào)控的一些見解。這將有助于制定更有效的治療干預(yù)方法 - 例如，對抗癌癥或衰老，其中表觀遺傳成分起著重要作用。