研究人员揭示了染色体结构发育的关键机制

莱斯大学的研究人员在了解染色体结构在细胞生命周期中的变化方面取得了进展。他们对积极影响染色体组织的运动过程的研究发表在《美国国家科学院院刊》上

研究合著者、D.R.Bullard-Welch基金会科学教授Peter Wolynes说：“这项研究深入了解了机动过程如何塑造染色体结构和影响细胞功能。”。Wolynes还是化学、生物科学、物理学和天文学教授，也是理论生物物理中心（CTBP）的联合主任

本研究介绍了两种类型的电动链条模型：游泳马达和抓握马达。这些马达在操纵染色体结构方面发挥着不同的作用

游动马达，类似于RNA聚合酶——将DNA序列复制到RNA中的酶——在基因解码时帮助染色质纤维膨胀和收缩。抓取电机将染色质纤维的远端片段聚集在一起，产生保持染色体无结所需的长程相关性

消耗化学能的运动蛋白在染色体结构的形成中起着关键作用。研究人员探索了这些蛋白质如何影响理想的聚合物链

他们发现，游泳马达可以根据施加的力导致收缩或膨胀。相比之下，抓握马达产生一致的长程效应，这与Hi-C实验中看到的模式一致，该实验在细胞周期的间期识别细胞核中的染色质相互作用，细胞周期的这一阶段是细胞不分裂，染色体去密集并扩散到整个细胞核的阶段。这样做的电机特别弱，在形成回路时很容易失速，因此研究人员寻找了一种加速它们的方法

研究合著者、CTBP研究生曹志宇说：“这项研究因其使用运动蛋白对染色体链组织的理论建模而闻名。”

使用统计力学方法，研究人员创建了一个自洽描述，预测环挤压概率的空间分布。该模型解决了如何克服马达对随机翻滚的DNA施加的力的反应，因此它们仍然可以进行将染色体长链放入微观细胞核所需的包装

染色体的三维组织影响重要的生物过程，如胚胎发育过程中的DNA复制和细胞分化 More information: Zhiyu Cao et al, Motorized chain models of the ideal chromosome, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2407077121

Journal information: Proceedings of the National Academy of Sciences