PNAS:将DNA压缩百万分之一大小的秘密

2022-01-20 两条咸鱼 细胞

这项研究开发的技术不仅提供了理解遗传学——所有生物的本质——的关键,而且还揭示了其他材料的3D结构,如病毒,其详细的结构非常重要。

放在狭小空间内的线或耳机线容易缠结。相反,当细胞分裂时,我们身体的长而松散的DNA会堆积成百万分之一大小的杆状染色体。如果细胞分裂发生在长度接近两米的DNA上,则存在遗传信息受损或丢失的风险。因此,染色体的凝聚对于准确传递遗传信息至关重要。

POSTECH物理系的Changyong Song教授和Jae-Hyung Jeon博士以及Daeho Sung教授和博士候选人Chan Im领导的研究团队,与Do Young Noh教授(光州科学技术研究所,GIST)一起,使用第三代同步加速器设备的X射线分析处于聚集状态的人类染色体。这些以纳米级分辨率观察到的发现发表在《美国国家科学院院刊》(PNAS)上。

 

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半个多世纪以来,将染色体浓缩成百万分之一大小而不发生任何纠结的排列机制以及实现这一点的3D结构一直困扰着研究人员。然而,很难在自然条件下观察染色体。研究人员不得不求助于只检测染色体的某些组成部分,或者通过观察它们的未卷绕状态来推断它们的浓缩状态。

本研究利用第三代同步加速器装置产生的相干X射线,在快速冷冻水合染色体并将其保持在低温状态后,验证了染色体的三维结构。这项研究揭示了自然状态下染色体的结构,与传统的切割或染色技术不同。

通过这项研究,研究小组证实染色体是在分形结构中形成的,而不是以前研究中所述的层次结构。此外,还提出了一个显示染色体排列过程的物理模型。

Changyong Song教授解释说:“利用同步加速器的相干X射线,通过纳米级的高分辨率图像,确定了染色体的三维结构。这项研究开发的技术不仅提供了理解遗传学——所有生物的本质——的关键,而且还揭示了其他材料的3D结构,如病毒,其详细的结构非常重要。”

原始出处

Daeho Sung, Chan Lim, Masatoshi Takagi, Chulho Jung, Heemin Lee, Do Hyung Cho, Jae-Yong Shin, Kangwoo Ahn, Junha Hwang, Daewoong Nam, Yoshiki Kohmura, Tetsuya Ishikawa, Do Young Noh, Naoko Imamoto, Jae-Hyung Jeon, Changyong Song. Stochastic chromatin packing of 3D mitotic chromosomes revealed by coherent X-rays. Proceedings of the National Academy of Sciences, 2021; 118 (46): e2109921118 DOI: 10.1073/pnas.2109921118

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