新图像显示活细胞核中的3D染色质组织

2021年9月10日 新闻工作人员/来源
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染色质染色体中的一种物质,由DNA和蛋白质组成。染色质中的主要蛋白质是组蛋白,组蛋白有助于将DNA以紧凑的形式包装在细胞核中。魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的最新研究揭示了完全分化细胞中一种以前未知的核染色质组织模式,即核周边染色质密度高,核中心无法检测到,从而形成了一个有效的中央染色质缺失区域。

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;DNA的长链(红色)连接到核层(绿色)——核膜的内层。图片来源:魏茨曼科学研究所。

左图:细胞核的三维示意图,代表其中心的经典DNA组织理论。右图:果蝇幼虫肌肉细胞细胞核的显微图像;DNA的长链(红色)附着在核膜(绿色)的内层。图片来源:魏茨曼科学研究所。

在较早的一项研究中,来自魏茨曼科学研究所(Weizmann Institute of Science)的达莉亚·阿米德-巴普洛夫(Daria Amiad-Pavlov)博士和她的同事分析了机械力如何影响肌肉中的细胞核,并发现了肌肉收缩对基因表达模式有直接影响的证据。

阿米德-巴甫洛夫博士说:“我们无法进一步探索这个问题,因为现有的方法依赖于对化学保存的细胞进行成像,所以它们无法捕捉到实际活动肌肉的细胞核中发生了什么。”

为了解决这个问题,研究人员旨在研究活体动物的肌肉细胞核果蝇(果蝇)幼虫

他们获得了由肌肉细胞核膜包围的DNA及其蛋白质的内部线性组织复合体的图像。

这些“面条”或长染色质分子并没有填满细胞核的整个体积,而是被组织成一个相对较薄的层,附着在细胞核的内壁上。

与油和水相互作用的结果(即所谓的相分离)类似,染色质将自身从细胞核内的大部分液体中分离出来,并位于其外围,而大多数流体介质仍位于中心。

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。

同样来自魏茨曼科学研究所的Dana Lorber博士说:“但是这些发现是如此出乎意料,我们必须确保没有出现任何错误,而且这个组织是全球性的。”。

作者还建立了一个理论模型,其中包括控制细胞核内染色质组织的物理因素,如染色质与其液体环境之间以及染色质与核膜之间的相对吸引力。

他们的模型预测染色质应该从液相中分离,这取决于细胞核中液体(水合作用)的相对数量。此外,相分离的染色质可以沿着核膜内部自行排列——就像他们在实验中发现的那样。

他们还解释了为什么在以前的研究中染色质似乎充满了细胞核。

魏茨曼科学研究所的Samuel Safran教授说:“当科学家把细胞放在玻片上,以便在显微镜下研究它们时,它们会改变它们的体积,并物理地使它们变平。”

“这可能会扰乱控制染色质排列的一些力,并减少细胞核上部到其底部之间的距离。”

团队的发现发表在杂志上科学的进步

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达里亚·阿米亚德·巴甫洛夫.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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