染色体重新配置为细胞分裂末端

当细胞不再分裂时，细胞衰老是细胞生命周期中的程序化阶段。有时候，就像在衰老中一样，我们希望它不会发生这么多，有时候，就像癌症一样，我们希望它会发生更多。鉴于其对健康的重要影响，生物学家希望他们能够更好地解释当衰老持续时细胞中发生的事情。一项新的研究有助于显示染色体变得有些转变，改变它们的基因表达模式。

“他的三维结构有一种重新配置，这在我看来是出乎意料的，”布朗大学生物学助理教授，科学进展研究的高级作者Nicola Neretti说。

总体而言，Neretti的团队发现，染色体变得更加紧凑，尽管它们的一些部分在数量上有所扩大。对其空间组织的分析发现，大多数基因进入称为“B”区域的区域，这些区域被紧密缠绕的染色质锁定，阻止其表达。然而，许多人进入“A”区室，这些区室更宽松，因此对基因表达更加开放。

受这些变化影响的基因种类通常与衰老有关。例如，在他们的分析中，科学家们发现，与细胞增殖和其他相关细胞功能相关的八分之一基因从相对松散的A区转换为限制性更强的B区。

该研究结合了两种技术。“Hi-C”染色体构象捕获，首次发表于2009年，使他们能够发现基因在A或B染色质区室中定位的变化。同时，利用成像技术“FISH”(荧光原位杂交)，它们荧光标记染色体上的不同点，直接测量它们之间的物理距离。这揭示了整体的物理变化，例如衰老前后染色体的大小和紧凑性。研究人员使用许多FISH探针进一步对染色体进行成像，这种技术称为“染色体涂料”，允许它们突出显示整个单个染色体及其在细胞核内的组成部分。

“Hi-C为你提供了很多关于基因组中局部发生情况的信息，但是没有给你关于物理距离的信息，这就是我们为什么转向FISH的原因，”Neretti说。“我们'远离'了。”

例如，FISH和染色体涂料显示染色体的哪些部分变得更紧凑并且扩展。在他们的研究中，科学家们看到，虽然染色体的手臂和尖端的“端粒”蜷缩起来，但相对微小的中间 - 着丝粒扩大了。在着丝点内，称为α卫星的重复DNA的某些区域显着扩大并表达。

Neretti说，所有这些信息使他们能够创建出染色体在衰老细胞中如何变化的第一个三维模型。Neretti实验室的研究生Steven Criscione和John Sedivy实验室的博士后研究员Marco De Cecco共同领导了这项工作。Neretti还赞扬了两位本科合着者Benjamin Siranosian和Yue Zhang的贡献。

结果是两年前许多同一作者的研究，其中包括生物学助理教授(研究)Jil​​l Kreiling。他们发现衰老的分子推论是，衰老细胞失去了对经常有害的DNA序列(称为转座子)的紧密染色质控制，导致这些“流氓”元素的更大复制。

Neretti说，现在该团队正在深入研究隔室开关(A和B之间)，这些开关改变了衰老细胞与非衰老细胞的基因调控。他们希望更详细地理解和模拟这些过渡及其后果。

Neretti说，这项新研究有助于回答关于遗传变化伴随着衰老的根本问题。这个答案最终可能具有临床意义。他说，现在他们对染色体中的物理变化有所了解，科学家们可以寻找可能介导这些变化的蛋白质。也许，在未来的道路上，针对这些蛋白质可以提供减缓衰老或加速衰老的方法。