实时可视化DNA组织

尽管是密集的适应细胞核,染色体存储我们的基因信息总是在运动。这允许特定区域接触,从而激活基因。

一组科学家科学和技术研究所的奥地利(ISTA),普林斯顿大学,现在在巴黎巴斯德研究所可视化这一动态过程,给小说见解DNA的物理特性。

执行尖端科学需要考虑外箱和结合不同的科学学科。有时这甚至意味着在正确的时间在正确的位置。为大卫·布鲁克纳,博士后研究员和ISTA无关研究员,上述一切生效,因为他参加了一个校园讲座教授普林斯顿大学的托马斯·格雷戈尔。启发谈话,布鲁克纳伸出一个想法:物理解释特定数据集格雷戈尔。现在,他们的结果发表在合作科学。

他们强调两个特定基因的随机(随机)运动元素在一个染色体,而必须接触的基因成为活跃在3 d空间。

细胞核DNA如何适应

生物和人类一样都是建立在存储在dna我们分子基因蓝图。DNA是一种聚合物,分子较小的各个部分(单体)。它位于每个细胞的细胞核。“根据生物体,DNA聚合物可以米长,但细胞核的大小在微米,”布鲁克纳解释说。适合小核,DNA被蛇仿佛在一轴压实,进一步压缩成染色体的著名的形状,我们所有的生物学教科书中遇到。

“尽管被严重压缩,染色体不是静态的;他们在晃动,”物理学家仍在继续。这些动力学是非常重要的。当一个特定的基因被激活,两个区域的聚合物称为“增强”和“发起人”需要密切接触和相互结合。只有当这一切发生的时候,细胞机器读取基因的信息和形式的RNA分子,最终产生蛋白质必不可少的一个活的有机体需要的所有进程。

根据机体,增强剂和促进剂可以很远离彼此的染色体。“与以前使用的方法,你可以得到一个静态视图的这些元素之间的距离,但并不是系统如何发展随着时间的推移,”布鲁克纳解释说。这个丢失的信息,吸引了科学家们开始得到一个动态观察这些元素是如何组织的,以及他们如何在实时3 d空间。

可视化基因区域

为了实现这一目标,实验来自普林斯顿大学的科学家建立了一个方法来跟踪这两个DNA元素在一个特定的时期内一只苍蝇胚胎。通过基因操纵,荧光标记的DNA元素,增强区域照明在绿色和蓝色的启动子。使用动态成像(延时显微活细胞)的科学家们能够可视化荧光斑点在飞胚胎去看他们如何移动找到彼此。

一旦两位来到附近,基因被激活和额外的红光打开RNA也标记红色荧光团。布鲁克纳兴奋地补充说,“我们有一个视觉读出当增强剂和促进剂的接触。这给了我们很多信息关于他们的轨迹。”

DNA是密集和展品快速运动

面临的挑战是如何分析这个巨大的数据集的随机运动。他的背景理论物理学中允许布鲁克纳提取统计理解系统的典型行为。他应用两个简化,不同物理模型的数据。

一个是唤醒模型。它假定每一个单体的聚合物是一种弹性弹簧。它预测一个松散的结构和快速diffusion-a随机运动,偶尔的基因区域遇到彼此。另一个模型被称为“分形球状体”。它预测一个结构紧凑,因此缓慢的扩散。“令人惊讶的是,我们发现在数据系统是描述这两种模式的组合高度密集结构你期望基于分形球状体模型,和扩散是被唤醒的统计模型,”布鲁克纳解释说。

由于密集的组合包装和快速运动,这两个基因的绑定地区沿着染色体更取决于他们的距离比之前的预期。“如果这样一个系统是在一个流体和动态,长途通信比我们想象的要好得多,”布鲁克纳补充道。

本研究汇集了世界的生物学和物理学。对物理学家来说,这是有趣的,因为科学家们测试了一个复杂的生物系统的动力学与物理理论已经存在了很长一段时间;生物学家,它给洞察染色体的特点,这可能有助于更详细地了解基因交互和基因激活。

参考:布鲁克纳DB,陈H, Barinov L, Zoller B,格雷戈尔·t·随机运动和转录动力学对压实染色体末端的DNA位点。科学。2023,380 (6652):1357 - 1362。doi:10.1126 / science.adf5568

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