發(fā)育過程中的染色體的結(jié)構(gòu)重組

細(xì)胞核內(nèi)遺傳物質(zhì)的空間排列在生物體的發(fā)育中起重要作用。近日，巴塞爾大學(xué)的一個(gè)研究小組與哈佛大學(xué)的科學(xué)家合作，開發(fā)了一種追蹤單個(gè)細(xì)胞中染色體的方法。使用這種方法，作者能夠證明染色體在胚胎發(fā)育過程中重組的現(xiàn)象。該研究最近發(fā)表在《molecular cell》雜志上。

我們的身體由功能最多樣化的各種細(xì)胞組成。但是，無論是心臟，肝臟還是神經(jīng)細(xì)胞，它們都包含相同的遺傳信息。細(xì)胞發(fā)育不同的原因是僅讀取其染色體的一部分。這導(dǎo)致某些基因處于活躍狀態(tài)，而另一些則處于沉默狀態(tài)。

對于基因激活，基因的包裝方式以及它們在細(xì)胞核中的空間組織都起著決定性的作用。巴塞爾大學(xué)Biozentrum的Susan Mango教授團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在對染色體這種3D架構(gòu)進(jìn)行了更深入的研究。通過使用一種新技術(shù)，他們能夠在線蟲的胚胎發(fā)育過程中追蹤單個(gè)染色體，并顯示它們在早期階段會發(fā)生重新排列。

如果完全伸展，細(xì)胞的所有DNA分子的長度將達(dá)到兩米左右。因此，必須將DNA緊密包裝，以適合僅幾微米大小的細(xì)胞核。 DNA鏈非常緊密地盤繞并扭曲形成了節(jié)省空間的結(jié)構(gòu)，稱為染色體。染色體DNA的包裝和排列決定了基因的活性。

在研究中，以Susan Mango教授為首的研究人員以線蟲的胚胎細(xì)胞為模型，研究了單個(gè)染色體在早期胚胎發(fā)育過程中的組織特性。 “通過使用新技術(shù)，我們能夠在胚胎發(fā)生開始時(shí)追蹤單個(gè)細(xì)胞中染色體的空間重排。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是細(xì)胞和組織能夠保持完整。”

眾所周知，染色體結(jié)構(gòu)域分為活躍和不活躍兩個(gè)部分。該研究的**作者Ahilya Sawh說：“然而，在早期胚胎發(fā)生過程中，染色體的組織方式有所不同。在早期的胚胎中，它們被組織成一個(gè)非常規(guī)的杠鈴狀結(jié)構(gòu)，其非活性區(qū)室被中央活性區(qū)隔開。”研究人員發(fā)現(xiàn)，要實(shí)現(xiàn)這種杠鈴排列，就需要核層板（位于細(xì)胞核內(nèi)表面的蛋白質(zhì)網(wǎng)）的參與，后者能夠附著在非活動(dòng)部分并拉伸染色體。

作者解釋說：“只有在胚胎發(fā)育的后期階段，我們才看到染色體分離成為活躍和不活躍的區(qū)域。利用染色體追蹤手段，我們能夠繪制整個(gè)3D染色體結(jié)構(gòu)圖，并**顯示出染色體在早期發(fā)育過程中會發(fā)生重排。”

染色體的重組伴隨著細(xì)胞的成熟，代表了復(fù)雜生物體發(fā)展的里程碑。正確的染色體結(jié)構(gòu)對于預(yù)防發(fā)育障礙至關(guān)重要。