细胞如何正确选择活性基因

对于细胞来说，精确地控制它们使用的遗传物质的许多基因中的哪一个是至关重要的。这是在所谓的转录工厂中完成的，即细胞核中的分子簇。卡尔斯鲁厄理工学院(KIT)、Friedrich-Alexander-Universität erlangen -纽伦堡(FAU)和马克斯普朗克物理和医学中心(MPZPM)的研究人员现在发现，转录工厂的形成类似于液体的凝结。他们的发现将提高对疾病原因的理解，并推动基于dna的数据存储系统的发展。科学家们在分子系统生物学(10.15252 / msb.202110272)。

人类遗传物质包含2万多种不同的基因。但是每个细胞只使用这个基因组中存储的信息的一小部分。因此，细胞必须精确地控制它们使用的基因。否则，可能会发生癌症或胚胎生长障碍。所谓的转录工厂在活性基因的选择中起着核心作用。Lennart Hilbert解释说:“这些工厂是细胞核中的分子集群，它们将活性基因的正确选择和它们在中心位置的序列读出结合在一起。”KIT动物研究所(ZOO)的系统生物学/生物信息学初级教授还领导KIT生物和化学系统研究所的一个工作组-生物信息处理(IBCS-BIP)。

安装和启动在几秒钟内

几十年来，细胞和分子生物学家一直在研究转录工厂是如何在几秒钟内建立并投入运行的。到目前为止所获得的结果只表明从工业和技术聚合物和液体材料中已知的过程的相关性。目前的研究主要集中在相分离作为一个中心机制。在日常生活中，油与水分离时可以观察到相分离。然而，尚不清楚相分离究竟如何有助于活细胞中转录工厂的建立。

来自KIT生物与化学系统研究所(IBCS)、动物研究所(ZOO)、应用物理研究所(APH)和纳米技术研究所(INT)的研究人员，与埃尔兰根FAU和MPZPM以及美国伊利诺伊大学香槟分校的科学家合作，现在获得了关于转录工厂形成的新发现:它类似于液体的凝结。这是在分子系统生物学。第一合著者是IBCS-BIP和ZOO的Agnieszka Pancholi和FAU和MPZPM的Tim Klingberg。

最新光学显微镜结合计算机模拟

在他们的出版物中，研究人员指出，形成转录工厂的冷凝类似于蒸汽玻璃或窗户。液体只在可接受的表面上凝结，但很快就会凝结。在活细胞中，基因组的特殊标记区域被用作凝结表面。液体涂层区域允许相关基因序列和附加分子的粘附，最终激活粘附基因。这些发现是通过跨学科合作获得的。斑马鱼胚胎是用由APH教授Gerd Ulrich Nienhaus的主席开发的最新光学显微镜进行研究的。这些观察结果随后与由Vasily Zaburdaev教授领导的FAU数学主席的计算机模拟相关联。观察和模拟的结合使得冷凝过程具有可重复性，并解释了活细胞如何快速可靠地建立转录工厂。

最近，对活细胞中冷凝液体的新认识导致了治疗癌症和神经系统疾病的全新方法。这些方法现在正被开发新药的初创公司采用。其他研究活动集中在使用DNA序列作为数字数据存储系统。同时，基于dna的数据存储系统的原理可行性已经被几个工作组证实。在这种DNA存储介质中可靠地存储和读取信息仍然是一个巨大的挑战。“我们的工作展示了生物细胞如何快速可靠地组织这些过程。我们开发的计算机模拟和功能概念可以直接转移到人工DNA系统，并可以支持它们的设计，”Lennart Hilbert说。

参考: RNA聚合酶II簇在调节染色质表面凝结形成。摩尔。系统。医学杂志．2021; 17 (9): e10272。doi:10.15252 / msb.202110272

本文已从以下地方重新发布材料．注:材料的长度和内容可能经过编辑。如需进一步信息，请联系所引用的来源。