据外媒报道,如果你打开一本生物学教科书,浏览描述DNA在细胞核中如何组织的图像,你有可能会开始感到饥饿;DNA链看起来就像一碗拉面:漂浮在液体中的长串。然而,根据两项新的研究(一项是实验性的,另一项是理论性的--是魏茨曼科学研究院分子遗传学系的塔里拉-沃尔克教授和化学与生物物理系的萨夫兰教授小组合作的结果),这种形象应该被重新考虑一下。澄清它是至关重要的,因为DNA在细胞核中的空间排列可以影响到DNA分子中所包含的基因的表达,从而影响到在细胞中发现的蛋白质。

新的成像方法揭示细胞核中DNA的惊人排列方式

这个故事开始于沃尔克在研究机械力如何影响肌肉中的细胞核时,发现证据表明肌肉收缩对基因表达模式有直接影响。她说:“我们无法进一步探索这个问题,因为现有的方法依赖于化学保存细胞的成像,所以它们未能捕捉到实际工作的肌肉的细胞核中发生的情况。”

为了解决这个问题,沃尔克小组的研究助理达纳-洛伯博士领导设计了一个装置,使研究活体果蝇幼虫的肌肉核成为可能。该装置将微小的、半透明的幼虫固定在一个凹槽内,使其能够收缩和放松肌肉,但保持其运动受限,以便能够用荧光显微镜进行扫描。使用该设备,研究人员获得了内部线性组织的DNA及其蛋白质的复合物(称为染色质)的图像,这些复合物被肌肉细胞核的膜所包围。

新的成像方法揭示细胞核中DNA的惊人排列方式

洛伯和沃尔小组的博士后Daria Amiad-Pavlov博士期待着发现“一碗满满的拉面”,但他们却得到了一个惊喜。这些"面条"或长的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,附着在细胞核内壁上。与油和水之间相互作用的结果类似,即所谓的"相分离",染色质从细胞核内部的大部分液体中分离出来,并在其外围找到了自己的位置,而大部分液体介质仍然在中心。研究人员意识到,他们正在解决一个基本的生物学问题,即--染色质,以及由此产生的DNA,是如何在生物体的细胞核中组织的。“但这些发现是如此出人意料,我们必须确保没有错误悄悄进入,而且这种组织是普遍的,”洛伯说。

这些令人惊讶的发现解决了一个基本的生物学问题--DNA在生物体的细胞核中是如何组织的。

新的成像方法揭示细胞核中DNA的惊人排列方式