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对染色质物理性质的新理解可能表明基因组是如何编码和解码的

自发现DNA以来,阿尔伯塔大学的研究人员找到了基因组生物学一个基本问题的答案,这个问题一直困扰着科学家:在我们细胞的细胞核内,复杂的DNA和蛋白质包被称为染色质是固体还是液体?

在《细胞》杂志上发表的一项研究中,由肿瘤学系教授迈克尔·亨德尔(Michael Hendzel)和科罗拉多州立大学的合作者杰弗里·汉森(Jeffrey Hansen)领导的研究小组发现,染色质既不是固体也不是液体,而更像是凝胶。

亨泽尔说,以前,诸如生物化学等领域是在染色质和原子核其他元素处于液态的前提下运作的。对染色质物理性质的这种新理解挑战了这一想法,并可能导致对基因组编码和解码方式的更准确理解。

“我们都知道水和冰之间的区别,而且我们都知道,例如,如果要将两件东西绑在一起,就不能用液体来做。您需要一根具有机械强度的绳索。”亨泽尔说,他也是北阿尔伯塔省癌症研究所(CRINA)的成员。

“这就是我们在这里谈论的内容。现在,我们对基因调控的所有理解主要基于自由发现蛋白质的蛋白质的假设,而蛋白质的可访问性仅受该动作的阻止。因此,这项研究可以可能导致非常不同的理解基因表达的方式。”

肿瘤学副教授艾伦·安德希尔(Alan Underhill)表示:“另一种看待它的方式是,骨骼,肌肉和结缔组织都具有非常不同的物理特性,如果这些物理特性以某种方式分解,则几乎总是与疾病有关。” ,CRINA成员和该研究的贡献者。“就染色质而言,这是将这一原理按比例缩小至细胞核水平,因为它们都是相连的。”

他补充说:“我们在这里看到的是细胞内容与基础物理学的生物化学之间的桥梁,使我们能够掌握组织原理-不仅针对细胞,而且针对整个身体。”

我们所有的染色体都是由染色质制成的,染色质是组蛋白(或结构)的一半蛋白质和一半的DNA,并组织成长串,上面带有珠子状结构(核小体)。在细胞核内,染色质纤维与其自身相互作用,凝结成一条染色体。

染色质纤维还支持基因表达和染色体DNA复制。尽管对构成核的结构有了一定的了解,但这些结构如何组织以及结构如何相互作用的完整程度尚不为人所知。

Hendzel解释说,研究小组的发现桥接了过去50年对实验室生产的染色质凝胶所做的研究,以证明其存在于活细胞中,这对于解释其弹性和机械性能具有重要意义。

例如,最近的研究表明,癌细胞中染色质的可变形性是其能否通过小空间挤压进入肿瘤外并转移到体内其他部位的能力的重要决定因素,这对于染色质是否容易形成更容易解释。凝胶状而不是液体。

亨泽尔说,癌细胞通过化学改变染色质的组蛋白部分使其粘性降低来做到这一点。

根据新的研究,现在可以将其解释为降低凝胶强度,使其更易变形并使癌细胞通过人体扩散的过程。

定义这种凝胶状态的调控方式可能会导致通过寻找将染色质凝胶保持在更刚性状态的药物来预防转移的新方法。

Underhill说,对染色质的更好理解也可能会影响癌症的诊断。

他说:“染色质的质地和外观是病理学家用来对患者肿瘤样本进行临床评估的东西。” “实际上是在观察染色质在细胞核中的组织方式,从而使他们能够洞悉该临床诊断。因此,现在这是一个我们可以在染色质的物质状态的新背景下重构的过程。”

亨泽尔说,他相信染色质的凝胶状状态的发现将为今后的研究提供指导原则,以寻求了解染色质的物质特性如何塑造核的功能,以确保细胞及其组成的生物的健康。

他说:“对我来说,最重要的事情是这项研究突出了我们在这一领域的知识有多么有限。”

“目前,我们专注于测试普遍认为的分子的物理尺寸决定其访问DNA的能力。我们正在进行的实验表明,这也可能是不正确的,并且我们对学习控制访问的新机制感到非常兴奋。基于染色质凝胶及其周围聚集的液体微环境的特性的DNA。”

我认为这迫使我们回过头来看看教科书中的内容,并根据该过程的实际发生方式,在“这是液体”还是“这是凝胶”的背景下重新解释了很多信息。这将对我们如何实际思考前进的事物以及我们如何设计实验和解释它们产生很大的影响。”

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