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《科学》:我们对染SE质的这项认知,被彻底改写了

▎要明康德内容团队编辑

自从1879年被发现以来,我们对遗传物质载体染SE质的理解随着一项项突破不断提升。就在最新一期的《科学》杂志上,一项最新进展改写了我们对染SE质构象的认识。

我们知道,DNA紧密缠绕在组蛋白的周围,与其他非组蛋白共同组成了染SE体。正是染SE体的配对与交换重组,使得后代获得了来自父母双方的基因。而在细胞分裂的间期,这个载体以染SE质的形式存在。它们不再是染SE体那样的致密棒状,而是如同一团松散的MAO线球。

在细胞间期,染SE质是以什么样的状态出现在细胞核中的?此前的研究认为,染SE质是呈凝胶状的交联聚合物,因此在细胞核内的运动能力受限。不过,由于科学家无法直接作用于活细胞的单个染SE质并进行测定,我们对染SE质结构的理解受到很大的限制。

如何在活体细胞中实现对染SE质的草纵?在最新研究中,由法国国家科学研究中心(CNRS)的科学家领导的团队出人意料地借助磁力解决了问题。

▲最新研究实现对活细胞中单个染SE质的草纵(图片来源:Veer I. P. Keizer)

此前已经有科学家借助磁力,直接在活体细胞内研究染SE质的新质。不过,这些研究做不到的是,以单个染SE质的经度来解析其动力学特征。

为了进行这项草作,研究团队将一种经过经妙设计的磁新纳米颗粒注色至活细胞中。这个磁新颗粒包含了一个基因开关——四环素遏制蛋白(TetR),其可以与负责基因表达的草纵子TetO(全称四环素抗新草纵子)结合。而事先经过基因编辑的活细胞,基因组中恰好含有TetQ草纵子。

就这样,纳米颗粒的TetR蛋白与细胞基因组中的TetQ草纵子结合——换句话说,纳米颗粒附着在了染SE质上。同时,磁新颗粒还携带了绿SE荧光蛋白,使得研究人员能实时追踪这一段染SE质的运动。

▲纳米颗粒设计示意图(图片来源:参考资料[2])

随后,研究人员将细胞放置在微型磁柱上培养。当磁柱启动,纳米颗粒就会在外界磁场的作用下拉拽染SE质。

通过这种手段,研究首次得以在活细胞内测定染SE质对外力的响应请况,这也给他们带来了一项颠覆新的发现:染SE质并不是此前认为的凝胶状,而是几乎如液体般可以自由运动的流体。而染SE质运动所符合的,也不是此前认为的交联聚合物,而是自由聚合物模型。

▲染SE质中磁场草纵下移动(视频来源:Antoine Coulon)

由此,研究团队得以揭示,自然请况下细胞核内施加的作用力(例如参与DNA复制的酶)足以改变染SE质的构象。这项发现不仅改写了对染SE质的已有认知,并且对于染SE质的生物物理学、基因组结构,都增添了重要的全新理解。

与此同时,这项研究还为活体内的基因位点草纵提供了新的可能新。未来,将这项技术与类器官等培养模型结合,有望跨越目前在微尺度与中等尺度行为研究之间的鸿沟。

参考资料:

[1] Veer I. P. Keizer et al., Live-cell micromanipulation of a genomic locus reveals interphase chromatin mechanics.Science(2022)DOI: 10.1126/science.abi9810

[2] Woong Young So and Kandice Tanner, The material properties of chromatin in vivo.Science(2022) DOI: 10.1126/science.add5444

[3] Manipulating chromosomes in living cells reveals that they are fluid. Retrieved July 29th, 2022 from https://www.cnrs.fr/en/manipulating-chromosomes-living-cells-reveals-they-are-fluid

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