超分辨率显微镜照明Inter-chromosome连接

由于超分辨率显微镜,科学家已经能够明确识别人类染色体之间的物理联系。结果有了新的理解,好奇的观察超过50年前就开始生产。

(Stowers医学研究所的科学家对这些五之间的物理连接在人类染色体核型在最近发表的一份报告细胞生物学杂志》上。

“Inter-chromosome连接可能是染色体组织不可分割的和普遍的管理功能在许多类型的人类细胞,”Jennifer Gerton (Stowers调查员说博士领导的研究小组调查了这些联系的基础和功能。

联系的研究过程中发现了在人类基因组的组织。Tamara Potapova博士的研究专家Gerton实验室,与计算生物学(Stowers显微镜和团队合作使用结构图像超分辨率显微术(SIM)技术,以可视化生物样品在纳米级分辨率,在这些研究和DNA测序分析。

Potapova,论文的第一作者,解释说,她和她的同事们感到惊讶当SIM图像始终显示五个23人类染色体之间的连接。“我们知道有之间的接触点重复姐妹染色体的副本,但不是之间不同的染色体,”她说。“我非常着迷为什么相同的五个染色体连接在许多不同的细胞类型显示。”

Potapova位于几个以前发表的报道可能inter-chromosomal联系。这些观察结果大多是在细胞遗传学调查,早在超分辨率显微镜方法的出现。

的早期观察inter-chromosome联系于1961年发表在《柳叶刀》由英国遗传学家马尔科姆Ferguson-Smith。由于显微镜的分辨率,非常有限的联系几乎看不见Ferguson-Smith,剑桥大学的名誉教授。然而,在《柳叶刀》杂志上的论文,他写道,一些染色体的细胞遗传学研究中似乎与他们的短胳膊就像一对“杂技演员握手。”

(Stowers研究者意识到五个染色体显示inter-chromosomal连接通过一个共享序列连接在一起,核糖体DNA (rDNA)。这个序列编码核糖体RNA分子(rRNA)必要核糖体的形成,细胞的蛋白质制造工厂。这些序列是在五个不同的人类染色体的末端附近,可以作为杂技演员的“手”,持有不同的染色体。

研究人员还发现rDNA连接在许多不同的人类细胞类型。rDNA链接在健康和病变组织无处不在,说明他们不是病态,Potapova说。

摘要(Stowers来自新加坡的研究人员和他们的合作者的科学机构,技术和研究和劳伦斯伯克利国家实验室提出,rDNA染色体之间的连接的结构基础是拓扑互锁,或连锁。

可能会发生联锁通过两个因素的结合。第一个因素是强烈的转录活动的核仁,细胞核核糖体生物起源的地方。第二个因素是股rDNA序列的存在从不同外源染色体的核仁。因为他们的近距离核仁在拥挤的环境中,股rDNA序列可以相互碰撞。

这些链可以成为相互关联的拓扑异构酶的酶II的行动。消除由于高水平的转录成为超螺旋压力,必须不断突破和拓扑异构酶2加入DNA链。在论文中,研究人员提出,这种酶可以从rDNA缠绕线区域在两个不同的染色体,从而创建连接。

研究人员还认为除了rDNA连接,形成拓扑异构酶II确保rDNA染色体分裂时染色体之间的联系解决。除了拓扑异构酶ⅱ,研究小组确定的其他因素调节连接。促进转录rDNA增加连接的因素,包括原癌基因,全球监管机构核糖体生物起源和蛋白质合成,和上游绑定因素(UBF)转录因子,这外套rDNA联系。

研究结果可以提供线索的起源导致罗伯逊的易位染色体融合,人类中最常见的染色体异常。罗伯逊的易位是两条染色体含有rDNA之间的融合。提供的间接连接可能会增加这些染色体的可能性最终如果中断发生在DNA融合在一起。罗伯逊的易位可导致不孕和预断如唐氏综合症。

Gerton实验室继续调查其他地区的基因组是否参与inter-chromosomal连接。Gerton说:“这些研究结果近日发明了一种新型的chromosome-chromosome交互。现在我们想知道如果地区除了rDNA可以从事这些类型的交互使用类似的机制。”

其他研究贡献者包括杰伊·r·安鲁博士Zulin Yu博士和花梨,博士,从(Stowers研究所会Rancati,博士,机构的科学、技术和研究在新加坡,和玛莎r·斯坦福博士,劳伦斯伯克利国家实验室。

参考:Potapova et al . 2019。超限分辨显微镜揭示了核糖体DNA在不同的染色体之间的联系。细胞生物学杂志》上。DOI: 10.1083 / jcb.201810166。

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