研究發現一個神秘的結構佔據每一條染色體高達47%!

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對於染色體,有更多的東西,而不僅僅是DNA

在學校,我們被教導在每個細胞核中,DNA分子緊密地包圍在組織蛋白(histone)的蛋白質周圍,以便形成染色體(chromosomes)。

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但是新的研究發現,對於染色體,有比它們含有25,000個左右的基因更多的東西,科學家發現一個神秘“鞘狀”結構佔每一條染色體高達47%。

一個多世紀以來,我們對染色體的理解是基於這樣的假設,它們是由一個DNA與稱為染色質(chromatin)的組織蛋白蛋白質的綜合體所製成,在每個細胞的核內形成。

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自1882年發現以來,染色體一直是強烈研究的主題,但是困惑著我們的,不是它們很小部分的內部結構細節,而是染色體在細胞核內是完全看不見的,除非細胞正在分裂。

當細胞經由減數分裂(meiosis)或有絲分裂(mitosis)做細胞分裂時,染色質內部變得更加緊密包裹著,導致染色體變成“超螺旋的(supercoiled)”,並且在顯微鏡下看得見。

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關於染色體,大多數研究人員所知道的,是透過在細胞分裂期間觀察染色體而發現的。但因為我們只能在某些條件下觀察它們,我們一直在對染色體實際上看起來不完整的圖像進行研究。

為了提高我們觀察染色體內部結構的能力,來自蘇格蘭愛丁堡大學(University of Edinburgh)的研究人員開發了一種稱為3D-CLEM的新方法,將光線和電子顯微鏡與計算造型(computational modelling)軟體相結合,以產生第一個高解析度三維圖像的所有46條人類染色體。

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在塑造出所有正常人類染色體的長度、寬度、表面積、體積和DNA堆積密度的模型後,他們發現到一些事情可能對於我們對染色體內部結構的基本理解有重大影響。

一個團隊的生物學家丹尼爾‧布史說(Daniel Booth)說:「第一次定義出所有46條人類染色體結構,已經迫使我們重新考慮它們幾乎完全由特有的染色質組成的概念。這一假設已經有將近100年未被挑戰。」

在他們的分析中,布史和他的團隊發現,染色質只佔染色體總含量的53%到70%之間。

一種被稱為染色體周邊(chromosome periphery)的結構,研究人員在過去曾稍微看過,但無法知道它到底有多廣泛,佔了46條染色體中剩餘的30%到47%。

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這意味著任何給定的染色體,DNA和其支持的蛋白質可能只佔總含量的一半。

他們在論文中報告:「3D-CLEM分析的首次應用產生了不可思議且令人驚訝的結論,有絲分裂染色體總體積的很大部分不是由染色質組成,而是在周邊的地方。」

在這個階段,不清楚這個結構的功能是什麼,但研究人員懷疑它可以作為一種“鞘”,在細胞分裂期間保持染色體彼此隔離。

這得到之前研究的支持,指出該結構至少部分地由蛋白質Ki-67所形成,一個結合到染色體表面以保持姊妹染色分體分離的細胞增殖標示。

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如果這真的是染色體鞘的功能,它意味著當細胞分裂時,該結構在防止發生錯誤上,扮演關鍵的角色,這些錯誤能夠導致先天缺陷和各種形式的癌症。

除了它的功能,關於這個神秘的結構,還有很多我們不知道的。我們不確定它的行為像液體或固體薄膜,並且不清楚在細胞分裂過程中,它如何影響染色質的結構變化。

所以對於一個活細胞的最基本成分之一,它看起來像是要重新開始研究。

作為團隊之一,比爾·恩蕭(Bill Earnshaw)說:「既然遺傳物質是被這層厚厚的其他物質所覆蓋,我們現在必須重新考慮染色體如何形成,以及當細胞分裂時,它們如何分離。」

這項研究發表於分子細胞(Molecular Cell)期刊。

來源:ScienceAlert