活细胞自组织的新机制

染色体是细胞核内的结构，其携带大部分遗传信息并负责其储存，转移和实施。染色体由非常长的DNA分子 - 多个基因的双链形成。鉴于细胞核的直径通常约为百分之一毫米或甚至更小，而构成人类基因组的DNA的总长度约为两米，显然DNA必须非常紧密地包装。

DNA-蛋白质原纤维仅在细胞分裂期间形成可见的有丝分裂染色体。但是在这些分裂之间，DNA不仅仅漂浮在细胞核中，为了避免缠结或破碎，它被缠绕在称为组蛋白的特殊蛋白质上，如线轴上细长的细线，然后折叠成这样一种方式使得DNA链的一些部分彼此靠近并且可以相互作用以形成紧密的聚集体。这些紧凑区域称为“拓扑相关域”或TAD。相反，位于TAD之间的区域(“TAD间”)的特征在于低水平的相互作用。

由罗蒙诺索夫莫斯科国立大学的Sergei Razin领导的一组俄罗斯研究人员研究了染色质的丝状DNA-蛋白质原纤维如何堆叠在三维结构中 - TAD和TAD间。研究结果已发表在基因组研究中，并在本期“ 自然评论遗传学”的研究重点部分也有所提及。

“线轴”“喧嚣” - 基因改变

“以前，一些作者已经证明，哺乳动物和果蝇的基因组被组织成紧凑的拓扑结构域 - 由一些边界区域分隔的TAD，”Razin说。“然而这些边界地区的性质仍然不明确。大多数作者认为，紧密域之间这些边界的存在是由特殊的”分裂“基因组元素 - 绝缘体的存在决定的。但是没有人可以解释它们的作用机制我们已经证明TAD被基因组的活性区域分开，这些区域含有在所有类型细胞中都有效的管家基因。工作基因中染色质的特征足以解释为什么这样的染色质不能存放在紧凑的TAD中。

俄罗斯科学家能够展示DNA蛋白原纤维本身如何适应三维结构。这是活细胞自组织机制的生动证明。正是这项工作的概念部分与世界各地的研究人员产生了共鸣。

基因开启和关闭 - 疾病出现

“在俄罗斯，我们多年来在基因组学方面没有这样的突破性工作。由于生物学，生物信息学和物理学的作者群体的跨学科性质，这成为可能。计算机模拟对于确认研究结果已经成为可能。由于在密歇根州立大学存在超级计算机Lomonosov，“Razin说。

俄罗斯研究人员的调查结果可能为重要的实际发展提供基础。科学家有充分的理由相信TAD也是调节域，其中增强子(增加基因表达的小片段DNA)可激活多种组织特异性基因。因此，作为染色体重排或其分离的结果，TAD的结合可导致由任何给定的增强子激活的基因谱的变化，并且这可能是各种疾病的原因。

老病的新方法

根据Razin的说法，对这些疾病形成机制的了解将使基于科学的治疗策略成为可能。目前，许多制药公司已经积极参与所谓的表观遗传药物的开发，所述表观遗传药物例如可以使癌细胞失去不受控制地繁殖的能力。然而，通过分析各种化合物对表观遗传机制的作用的影响，目前这项工作主要是随机进行的。为了使这些药物的搜索更有意义，必须了解基因转录的表观遗传控制是如何起作用的。目前很明显，这些系统会影响染色质内DNA的包装。