揭示了细胞核中DNA包装的过程

罗蒙诺索夫莫斯科国立大学的科学家与他们的美国同事合作开展了一项关于细胞核DNA包装及其DNA复制过程改变的研究。DNA包装应该对基因的活动产生很大的影响。它也是基因表达的表观遗传控制机制之一。

生物学家Igor Kireev是Belozersky物理化学生物学研究所的电子显微镜部门主任，也是文章作者之一，他说：“虽然特定生物体中的所有细胞都具有相似的遗传信息，但并非所有基因都在特定的基因中运作。事实上，这组活性基因决定了细胞的命运。有一些细胞机制有助于细胞记忆哪些基因应该被激活，哪些不应该被激活。这是表观遗传控制，换句话说就是细胞记忆，这决定了细胞是什么，以及指导它以这种方式形成的基因。我们对所谓的高水平的染色体结构组织感兴趣，它们是通过DNA包装的一系列连续阶段形成的。

DNA作为蛋白质 - 染色质的复合物存在于细胞中。染色质压实的初始阶段进行了很好的研究。这些是核小体，蛋白质小球，每个大约10纳米长，由8个组蛋白分子组成，DNA被包裹在其周围。然后，一系列核小体以我们尚不知道的方式包装，导致更厚的原纤维和色素沉着。最后，我们得到了很高的压实度。因此，最密集压缩的有丝分裂染色体的长度比包含在其中的DNA长度小20 000倍。

复制是复制DNA分子的过程，转录是RNA合成的过程，都是以DNA为模板。传统上认为染色质中DNA的高度压缩阻碍了这些基于模板的合成过程，并且应该在相当大的染色质结构域的范围内进行分解。确定这些领域并以高空间分辨率分析其结构组织而不打扰其自然结构是相当困难的。

Igor Kireev评论说：“我们提供了一种基于活性和非活性基因位点复制时间差异标记染色质结构域的方法。虽然活跃转录染色体区域 - 所谓的常染色质 - 在细胞周期合成阶段的最初阶段复制，在其第二半无效“无声”异复制。我们的技术允许在电子显微镜水平染色质的这两个级分的非破坏性检测。它使用与由随后的检测的反应产物的点击化学的方法基于新合成的DNA的标记的组合相关的超分辨率光学显微镜和免疫电子显微镜。换句话说，我们可以在光学和电子显微镜中看到这个细胞中同一个分子。“这种方法的应用产生了两个令人惊讶的观察结果。首先，与传统观念相反，“工作”染色质保持了相当高的包装水平，因为它由高度有序染色质的高度结构化染色质原纤维代表。其次，事实证明，色素结构中的DNA具有高度的结构灵活性，这意味着它能够从色谱纤维的一个部分流到相邻的部分。然而，色酮的一般致密结构不会改变。这些观察结果提出了关于细胞分裂过程中表观遗传信息转移机制的新假设。

Igor Kireev说：“我们假设染色质结构中新合成的DNA不是固定的，而是可以在它们内部移动，与尚未加倍的DNA片段相互作用，并且”记住所有事物。“ 此外，这种DNA含有必要的分子成分，用于恢复丢失的表观遗传信息。“

该文章中提到的另一个结果，已发表在当代生物学，是基因组结构组织没有严格的等级。当然，有一些渐进的DNA组织水平。之前认为应该有一个严格有序的系统，它独特地导致染色体形成。但现在，事实证明，一切都可以以不同的方式组织 - 有一些建立原则，但在指定的染色质框架内，DNA具有一定的自由度和灵活性。

Igor Kireev分享了未来的计划：“进一步的研究发展首先包括过渡到个体染色体位点的分析。我们将在TALE技术的帮助下，在光学和电子显微镜水平上对它们进行标记。其次，进一步研究将解决了与冷冻电子显微镜等先进技术兼容的更多本地体内标记方法的问题。“

科学家希望详细观察DNA空间组织，采用高分辨率直接染色质包装方法的可视化方法。该研究将有助于阐明基因表达的表观遗传控制的结构方面，并可能提供对其调控的一些见解。这将有助于制定更有效的治疗干预方法 - 例如，对抗癌症或衰老，其中表观遗传成分起着重要作用。