新图像显示活细胞核中的三维染色质组织

染色质染色体是由DNA和蛋白质组成的物质。染色质中的主要蛋白质是组蛋白,它有助于将DNA以紧凑的形式包裹在细胞核中。魏茨曼科学研究所的一项新研究揭示了一种以前未知的核染色质组织模式,在完全分化的细胞中,核外围的染色质密度很高,而在核中心则无法检测到,从而形成了一个有效的中央染色质缺失区。

左图:细胞核的三维图解,代表了DNA组织的经典理论。右图:果蝇幼虫肌细胞细胞核的显微图像;the  long chains of DNA (red) are attached to the nuclear lamina (green) -- the inner layer of the nuclear membrane. Image credit: Weizmann Institute of Science.

左图:细胞核的三维图解,代表了DNA组织的经典理论。右图:果蝇幼虫肌细胞细胞核的显微图像;长链的DNA(红色)附着在核层(绿色)——核膜的内层。图片来源:魏茨曼科学研究所。

在早先的研究,博士达里亚阿米亚德 - 巴甫洛夫和魏茨曼科学研究所她的同事分析了军队如何在机械肌肉影响细胞核,发现的证据表明,肌肉收缩对基因表达模式立竿见影的效果。

“我们不能探讨这个进一步,因为现有的方法对化学保存的细胞成像依赖,所以他们没能抓住在实际工作肌肉细胞核发生了什么,”阿米亚德 - 巴甫洛夫博士说。

为了解决这个问题,研究人员的目的是研究在活肌核果蝇 (果蝇)幼虫

他们获得了被肌核膜包围的内部线性排列的DNA及其蛋白质复合物的图像。

这些“面条”或长染色质分子并没有填满整个细胞核,而是形成了一个相对较薄的层,附着在细胞核内壁上。

类似于油和水相互作用的结果,即所谓的相分离,染色质从细胞核内的大部分液体中分离出来,并在其外围找到了自己的位置,而大多数流体介质仍留在中心。

科学家们意识到,他们正在着手解决一个基本的生物学问题,那就是——染色质,也就是DNA,是如何在活体的细胞核中组织起来的。

“但调查结果太意外了,我们必须确保没有错误,并且这个组织是通用不得不蹑手蹑脚,”达纳·洛伯博士,也从魏茨曼科学研究所说。

作者还建立了一个理论模型,其中包括控制细胞核中染色质组织的物理因素,如染色质与其液体环境之间的相对引力和染色质与核膜之间的相对引力。

他们的模型预测,染色质应该从液相经历分离,这取决于液体(水合作用)的细胞核中的相对量。然后此外,相分离染色质能安排本身沿核膜内 - 就像他们在他们的实验中发现了。

他们还解释了为什么染色质出现填补了细胞核在以往的研究。

“当以研究他们在显微镜下载玻片科学家板细胞,他们改变其体积和身体上展平,然后,”科学的教授塞缪尔·赛峰集团的魏兹曼研究所说。

“这可能会扰乱控制染色质排列的某些力量,并缩短细胞核上部与底部之间的距离。”

球队的发现发表于杂志科学的进步

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Daria Amiad-Pavlov.2021.染色质分布的实时成像揭示了核结构和染色质区域化的新原理。科学的进步7 (23);doi: 10.1126 / sciadv.abf6251

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