科学探索|新的成像方法揭示细胞核中DNA的惊人排列方式新的成像方法揭示细胞核中D

据外媒报道，如果你打开一本生物学教科书，浏览描述DNA在细胞核中如何组织的图像，你有可能会开始感到饥饿；DNA链看起来就像一碗拉面：漂浮在液体中的长串。然而，根据两项新的研究（一项是实验性的，另一项是理论性的--是魏茨曼科学研究院分子遗传学系的塔里拉-沃尔克教授和化学与生物物理系的萨夫兰教授小组合作的结果），这种形象应该被重新考虑一下。澄清它是至关重要的，因为DNA在细胞核中的空间排列可以影响到DNA分子中所包含的基因的表达，从而影响到在细胞中发现的蛋白质。

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这个故事开始于沃尔克在研究机械力如何影响肌肉中的细胞核时，发现证据表明肌肉收缩对基因表达模式有直接影响。她说：“我们无法进一步探索这个问题，因为现有的方法依赖于化学保存细胞的成像，所以它们未能捕捉到实际工作的肌肉的细胞核中发生的情况。”
为了解决这个问题，沃尔克小组的研究助理达纳-洛伯博士领导设计了一个装置，使研究活体果蝇幼虫的肌肉核成为可能。该装置将微小的、半透明的幼虫固定在一个凹槽内，使其能够收缩和放松肌肉，但保持其运动受限，以便能够用荧光显微镜进行扫描。使用该设备，研究人员获得了内部线性组织的DNA及其蛋白质的复合物（称为染色质）的图像，这些复合物被肌肉细胞核的膜所包围。

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洛伯和沃尔小组的博士后Daria Amiad-Pavlov博士期待着发现“一碗满满的拉面”，但他们却得到了一个惊喜。这些"面条"或长的染色质分子并没有填满细胞核的整个体积，而是被组织成一个相对较薄的层，附着在细胞核内壁上。与油和水之间相互作用的结果类似，即所谓的"相分离"，染色质从细胞核内部的大部分液体中分离出来，并在其外围找到了自己的位置，而大部分液体介质仍然在中心。研究人员意识到，他们正在解决一个基本的生物学问题，即--染色质，以及由此产生的DNA，是如何在生物体的细胞核中组织的。“但这些发现是如此出人意料，我们必须确保没有错误悄悄进入，而且这种组织是普遍的，”洛伯说。
【科学探索|新的成像方法揭示细胞核中DNA的惊人排列方式】这些令人惊讶的发现解决了一个基本的生物学问题--DNA在生物体的细胞核中是如何组织的。

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在与萨夫兰的小组合作后，他们得出了没有错误的结论。萨夫兰和博士后Gaurav Bajpai博士建立了一个理论模型，其中包括管理细胞核中染色质组织的物理因素，例如染色质和其液体环境之间以及染色质和核膜之间的相对吸引力。该模型预测，染色质应与液相分离，这取决于核内液体的相对数量。此外，相分离的染色质可以沿着核膜内部排列--正如沃尔克的团队在实验中发现的那样。
这些小组还解释了为什么在其他科学家以前的研究中，染色质似乎充满了细胞核。“当科学家为了在显微镜下研究细胞而将其放在玻璃片上时，他们改变了细胞的体积，并在物理上将其压扁。这可能扰乱了支配染色质排列的一些力量，并减少了细胞核上部到其底部之间的距离，”萨夫兰解释说。