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Nat Struct & Mol Biol:重磅!科学家成功解析细胞周期过程中基因组三维架构改变的分子机制

来源:生物谷 2017-10-14 18:15

2017年10月11日 讯 /生物谷BIOON/ --近日,来自威斯塔研究所的研究人员通过研究揭开了基因组三维组织的新视野,尤其阐明了在细胞周期的不同阶段遗传物质是如何及时被紧密压缩和解压缩的,相关研究结果刊登于国际杂志Nature Structural & Molecular Biology上。

图片来源:www.phys.org

研究者Ken-ichi Noma教授表示,我们才刚刚意识到,机体基因组在细胞中的空间组装方式会对其功能产生深远的影响,解析染色质的三维结构对于理解诸如基因转录、DNA复制及修复等多个关键功能非常重要。机体每个细胞中所包含的遗传信息被几英尺的DNA分子编码着,如此庞大的遗传物质会被折叠成为高度组织化的DNA和染色质复合体,从而被“挤”入一个极小的空间中。

尽管已经进行了明显的压缩,但染色质在进入有丝分裂时仍需要进一步地浓缩,在这个过程中每个细胞会分裂成为两个相同的细胞,从而分离遗传物质;就好像我们在搬新房时会将家里的东西打包成小盒子,移动和分离紧密包装的染色体中微小的DNA也是比较容易的,这个过程被研究了很多年,然而研究人员仍然并不清楚指导染色质凝聚和去凝聚背后所存在的分子机制。

这项研究中,研究者Noma等人利用裂殖酵母作为模式生物研究了基因组组装/组织的机制,酵母拥有和人类细胞相同的重要特性,同时还有一段较小的基因组。此前研究人员通过研究描述了凝缩蛋白(condensin)和黏连蛋白(cohesin)两种蛋白复合体如何通过建立联系将遥远DNA区域联系在一起的方式,来介导功能性基因组组装结构拓扑域的形成;尤其是,黏连蛋白能够介导局部的接触,形成小型的拓扑染色质域,而凝缩蛋白则能够驱动长期接触,组装形成更大的结构域。

这项研究中,研究人员利用相似的基因组方法学来剖析随着时间变化染色质拓扑域的压缩和去压缩过程,随后分析了细胞周期不同阶段中染色质接触的形成和衰退作用,他们发现,凝缩蛋白所介导的大型结构域会在有丝分裂期间形成,而黏连蛋白所介导的局部结构域则会在整个细胞周期过程中维持稳定状态。

研究者Hideki Tanizawa说道,与这一领域的普遍假设相反,我们发现,染色质结构域的压缩和去压缩发生地非常缓慢,而且细胞会在较多和较少的浓缩染色质状态之间平稳地摆动。基因组三维结构的改变常常和多种遗传性疾病及癌症发病直接相关,这就为研究人员阐明最基本的细胞过程和疾病发生之间的关联提供了一个很好的例子,最后研究者Noma说道,本文研究为研究人员深入理解基本的生物学过程提供了新的研究证据,有望帮助研究人员未来开发出更多治疗多种疾病的新型疗法。(生物谷Bioon.com)

原始出处:

Hideki Tanizawa,Kyoung-Dong Kim,Osamu Iwasaki, et al. Architectural alterations of the fission yeast genome during the cell cycle. Nature Structural & Molecular Biology (2017) doi:10.1038/nsmb.3482

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