发育过程中的染色体的结构重组

2020-03-03 绿谷生物 molecular cell
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细胞核内遗传物质的空间排列在生物体的发育中起重要作用。近日,巴塞尔大学的一个研究小组与哈佛大学的科学家合作,开发了一种追踪单个细胞中染色体的方法。使用这种方法,作者能够证明染色体在胚胎发育过程中重组的现象。该研究最近发表在《molecular cell》杂志上。

我们的身体由功能最多样化的各种细胞组成。但是,无论是心脏,肝脏还是神经细胞,它们都包含相同的遗传信息。细胞发育不同的原因是仅读取其染色体的一部分。这导致某些基因处于活跃状态,而另一些则处于沉默状态。


对于基因激活,基因的包装方式以及它们在细胞核中的空间组织都起着决定性的作用。巴塞尔大学Biozentrum的Susan Mango教授团队现在对染色体这种3D架构进行了更深入的研究。通过使用一种新技术,他们能够在线虫的胚胎发育过程中追踪单个染色体,并显示它们在早期阶段会发生重新排列。

如果完全伸展,细胞的所有DNA分子的长度将达到两米左右。因此,必须将DNA紧密包装,以适合仅几微米大小的细胞核。 DNA链非常紧密地盘绕并扭曲形成了节省空间的结构,称为染色体。染色体DNA的包装和排列决定了基因的活性。

在研究中,以Susan Mango教授为首的研究人员以线虫的胚胎细胞为模型,研究了单个染色体在早期胚胎发育过程中的组织特性。 “通过使用新技术,我们能够在胚胎发生开始时追踪单个细胞中染色体的空间重排。这种方法的优点是细胞和组织能够保持完整。”

众所周知,染色体结构域分为活跃和不活跃两个部分。该研究的第一作者Ahilya Sawh说:“然而,在早期胚胎发生过程中,染色体的组织方式有所不同。在早期的胚胎中,它们被组织成一个非常规的杠铃状结构,其非活性区室被中央活性区隔开。”研究人员发现,要实现这种杠铃排列,就需要核层板(位于细胞核内表面的蛋白质网)的参与,后者能够附着在非活动部分并拉伸染色体。

作者解释说:“只有在胚胎发育的后期阶段,我们才看到染色体分离成为活跃和不活跃的区域。利用染色体追踪手段,我们能够绘制整个3D染色体结构图,并首次显示出染色体在早期发育过程中会发生重排。”

染色体的重组伴随着细胞的成熟,代表了复杂生物体发展的里程碑。正确的染色体结构对于预防发育障碍至关重要。

原始出处:Ahilya N. Sawh, Maxwell E.R. Shafer, Jun-Han Su, Xiaowei Zhuang, Siyuan Wang, Susan E. Mango. Lamina-Dependent Stretching and Unconventional Chromosome Compartments in Early C. elegans Embryos. Molecular Cell, 2020; DOI: 10.1016/j.molcel.2020.02.006