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新研究看到细胞核内DNA分布形态

在人们的印象中,教科书插图里面展示的DNA像拉面一样浮在细胞核里面的液体内。最新一份研究发现,其实在细胞核内DNA是像一圈环形薄层,附着在细胞核的内壁上。

科学家近年来开始研究DNA在细胞核里面的空间分布形态,意识到这可能与细胞健康与否息息相关,或者某些异常的分布特征正是某些疾病的反映。

主要研究者之一以色列魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的沃尔克(Talila Volk)说,他们的研究组原来是要研究外部机械力量对肌肉中的细胞核有怎样的影响,他们发现肌肉收缩的时候,对基因表征规律立即产生影响。

“我们无法进一步研究,因为现有的研究方法依赖于用化学方法保存下来的细胞的图像,看不到活体肌肉细胞的细胞核内发生的情况。”沃尔克说。

合作研究者设计了一种新的设备,把微小、半透明的果蝇幼虫放在一个沟槽内观测。在沟槽内,幼虫既能够收缩和放松肌肉,活动范围又受到限制,便于使用萤光显微镜观测。

利用这个设备,研究人员得到了一批展示染色质在肌肉细胞核内空间分布的真实景象。染色质是细胞核内的大分子复合物,里面包含着DNA、蛋白质和RNA。

研究人员原以为会看到染色质像面条一样充满在细胞核内,但是出乎意料的是,他们看到的染色质却是附着在细胞核的内壁上,细胞核的中心并没有染色质。研究人员称这是一种名为相分离(phase separation)的生物现象,就像油和水的混合物一般,混合后会自行分离稳定在某种分布状态。

研究人员尝试解释为什么以前的研究认为染色质是填充在细胞核内部那样的景象。“科学家把细胞放在一个玻璃载片上,在显微镜下观测。这改变了细胞的体积,也就是把它们压扁了。这可能会改变控制染色质空间分布的某些作用力。”

研究人员又观察了人类的活体白细胞内染色质的分布情况,发现了类似的结果。合作研究者阿米亚德-巴甫洛夫(Daria Amiad-Pavlov)说:“这说明我们的发现是(生物体内的)普遍情况,可能所有生物的染色质都有这样的分布特征。”

研究者表示,这项研究打开了DNA在细胞内的分布形态这个新的研究领域,并希望能够进一步探索作用于细胞核和染色质的物理作用力、或是细胞壁的硬度,会对基因表达产生怎样的影响。

其中一个潜在研究方向是,探索健康和疾病细胞内的DNA空间分布形态是否存在差异。比如,研究人员利用三维模型研究染色质在细胞核内的分布,发现随着细胞核的内壁与染色体之间作用力的减弱,染色体将逐渐移动到细胞核的中心区域,即无法附着在其内壁上。这种作用力的减弱,很可能与肌肉营养不良、神经系统失调等多种疾病相关。

这份研究5月4日发表于《电子生命》(eLife)期刊,并在6月2日发表于《科学进展》(Science Advances)期刊。◇

责任编辑: 夏雨荷   来源:大纪元记者李少维编译报导 转载请注明作者、出处並保持完整。

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