细胞分裂时如何保持细胞身份

人体内的每个细胞都包含相同的基因指令，编码DNA然而，在大约30000个基因中，每个细胞只表达那些需要成为服务细胞、免疫细胞或体内其他一百种细胞类型的基因

每个细胞的命运主要由记录其DNA的蛋白质的化学修饰决定；这些修改打开了控制基因的开关然而，当所有人都将病毒DNA划分为不同的区域时，他们失去了所有这些修饰，留下了一个问题：细胞在早上是如何存在的，以及它们被设置为什么样的细胞

一项新的MIT研究提出了一个理论模型，该模型解释了当细胞分裂时，这些记忆是如何从一代到另一代的研究结果表明，由于每个细胞的细胞核较薄，其基因组的3D折叠模式决定了基因组的某些部分将以化学修饰为标志在两个片段DNA之后，标记会分别丢失，但3折叠允许所有子片段都能自动恢复被复制到域中的标记的身份每次提供时，化学标记都会出现在细胞中，以存储其3个折叠片段这样，通过在3D折叠和标记中处理内存，内存可以在细胞分裂中保留下来

该研究的主要作者JeremyOwenPhD’22说：“从细胞类型的角度来看，不同的基因是不存在的。很难将一种细胞类型转化为另一种，因为这些状态都是承诺的。”“我们在这项工作中所做的是开发一个简单的模型，它突出了侧细胞中化学系统的高质量特征，以及它们需要如何工作才能使记忆和基因表达稳定。”

麻省理工学院医学工程与科学研究所和物理系教授LeonidMirny是该论文的资深作者，该论文出现在《科学》杂志上麻省理工学院博士后DinoOsmanovi？也是该研究的作者

维护内存

在细胞核中，DNA包裹着蛋白质鳞片状组蛋白，形成致密的包装结构，即染色质历史可以显示基因在单个细胞中表达的控制因素的各种修饰这些修饰会产生“表观遗传学记忆”，这有助于细胞保持原始细胞类型然而，这段记忆是如何被保存到今天的，这是一个谜

Mirny实验室先前的研究表明，折叠染色体的三维结构是由基因修饰或标记决定的特别是，他们发现某些染色质区域，带有标记的星形细胞，无法读取DNA的特定片段，会相互吸引，形成密集的鳞状异染色质，而这些细胞很难进入

在这项新闻研究中，Mirny和他的同事们提出了一个问题，即如何从一代人到另一代人保持这些遗传标记他们开发了一个具有三个标记区域的聚合物的计算模型，并发现这些标记区域相互折叠，形成密集的泵他们研究了如何获得这些分数

当DNA拷贝到两个子细胞之间时，每个拷贝都会得到一个外显子标记然后，细胞需要存储DNA组装到子细胞之前的标记，然后将染色体重新折叠到可以打印的服务器上，以便打印剩余的标记

这些修饰是由被称为“读写器”酶的特殊酶来完成的所有这些酶都是特定于某些标记的，当它们“读取”现有标记时，它们会在附近的位置“写入”额外的标记如果染色质已准备好折叠成3D形状，则会在准备好从父单元格继承的修改的区域中进行标记

Owens说：“越来越多的研究表明，传播可以在3D中发生，这意味着如果空间中有两个彼此靠近的部分，即使它们不需要长时间的DNA，那么传播也可以从一个到另一个发生。”“这就是3D结构如何影响这些标记的分布。”

这一过程导致了感染的传播，因为每个区域与其他区域的接触越多，就越有可能被改变，就像一个容易患上特殊疾病的个体更容易感染一样，接触次数也会增加在这个类比中，异染色质类城市的密集区域意味着人们有许多特殊的相互作用，而基因组与人口稀少的地区相比

“这基本上意味着标记将出现在插入区域的任何位置，并将出现在所有外部位置，”Mirnyays

新模型表明，遗传存储器与神经网络存储器之间可能存在平行关系标记的模式应该是神经网络中神经与火之间的连接模式

他说：“从广义上讲，这表明，由于神经网络可以过度复杂的信息处理，我们所描述的遗传记忆机制可能可以处理信息，而不仅仅是存储信息。”

表观遗传侵蚀

当这一模式被用于解释如何保持表观遗传学记忆时，研究人员发现，最终，读者的写作活动将导致整个再生过程被过度的表观遗传学修饰当你让这个模型成为一个酶制造者时，它没有覆盖任何基因，这意味着死亡会减少几代细胞

为了获得准确解释遗传标记保存的模型，有一个因素：限制可用的阅读器数量如果有一个数量在0之间的新问题，那么这个数字就是0根据表观遗传学模式的复杂性，它们的模型细胞可以准确地保存在表观遗传学记忆中长达数代

众所周知，随着年龄的增长，细胞开始失去表观遗传学记忆，因此，无论他们在本文中描述的过程是否可能对表观遗传学的形成和缺失起到了重要作用，都要研究雪花莲这是一种罕见的疾病，其中细胞发生了导致染色质丢失的突变患有这种疾病的人的经历加速了衰老

Owens说：“这些突变与通常发生的遗传变化之间的机制联系还不太清楚。”“Itwo

来源:

Materials provided by
Massachusetts Institute of Technology. Original written by Anne Trafton.
注明: Content may be edited for style and length.

参考:

1. Jeremy A. Owen, Dino Osmanović, Leonid Mirny.
   Design principles of 3D epigenetic memory systems. Science, 2023; 382 (6672) DOI: 10.1126/science.adg3053

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