DNA在首次解释遗传物质如何通过细胞核时跳舞

新的模拟显示，DNA在精心编排的舞蹈中在细胞核内流动。这一发现是对工作细胞内遗传物质移动的第一次大规模解释。研究报告的共同作者，纽约市Flatiron研究所计算生物学中心的生物物理建模小组负责人，Courant研究所的联合主任Michael Shelley说：“之前的工作主要集中在DNA的微观尺度上。”纽约大学应用数学实验室。“人们并没有真正考虑更大规模的情况。”

Shelley及其同事模拟了染色质的运动，染色质是细胞核内DNA的功能形式。染色质看起来像一串细小的珠子，由DNA链连接的球状遗传物质簇。研究人员提出，沿着DNA的分子机器会使染色质的片段拉直并拉紧。此活动将相邻的股线对齐以面向相同的方向。反过来，这种对齐会导致遗传物质的级联华尔兹在整个核心中闪烁。

研究人员在10月22日的“美国国家科学院院刊”网络版上报告说，跳舞的DNA可能在基因表达，复制和重塑中起作用，尽管确切的影响尚不清楚。

这些发现有助于解释2013年科学家报告的测量结果，包括哈佛大学的Alexandra Zidovska。除了先前已知的单个基因的小规模运动外，科学家们的实验还发现大面积的染色质区域每隔几秒钟以一微米的速度一致地通过细胞核移动。然而，科学家无法确定运动的原因或细节。

雪莱有研究微生物如何游泳的经验。所涉及的类似物理使他对迁移DNA背后的机制感到好奇。他与加州大学圣地亚哥分校的David Saintillan和纽约大学的Zidovska合作进行调查。

研究人员研究了DNA分子沿分子机器移动附近遗传物质的两种方式：拉动和推动。分子机器不能发挥净力，这意味着通过拉动一片DNA，它必须抓住并拉动其他东西。两个向内拉力将取消，给予零净力并导致DNA片段收缩。如果机器向外推动，力将同样取消，DNA段将延伸。

这些收缩和延伸发生在充满细胞核的粘稠液体中。DNA的运动在液体中产生流动，可以重新定向附近长度的分子。

通过计算机模拟，研究人员模拟了收缩和伸展如何影响局限于球形核内的混杂染色质。当DNA的长度收缩时，产生的流动将附近的股线指向不同的方向，阻止任何精心设计的运动。延伸产生的液体流在相同的方向上与附近的DNA对齐。这种排列导致了级联效应，使大片DNA在同一方向上移动。

雪莉说：“这就像核心的一部分突然决定我们都会以这种方式移动一点，然后另一点说我们都会以这种方式移动。” “染色质有点徘徊。”

Shelley建议，这种DNA摆动可以帮助在整个细胞核中分布负责表达特定基因的分子机制。他说，确切地说，需要更复杂的模拟以及染色质切割地毯的其他实验。