PNAS：研究人员揭示了染色体结构发育的关键机制

莱斯大学的研究人员在了解染色体结构如何在细胞的整个生命周期中发生变化方面取得了长足的进步。他们对积极影响染色体组织的机动化过程的研究发表在《美国国家科学院院刊》上。

“这项研究提供了对机动过程如何塑造染色体结构和影响细胞功能的更深层次的理解，”Peter Wolynes说，他是研究的合著者，也是dr . Bullard-Welch基金会的科学教授。Wolynes也是化学、生物科学、物理学和天文学教授，也是理论生物物理中心(CTBP)的联合主任。

研究介绍了两种电动链模型:游泳电机和抓握电机。这些马达在操纵染色体结构方面发挥着独特的作用。

游动马达，类似于RNA聚合酶——将DNA序列复制成RNA的酶——在基因解码过程中帮助染色质纤维的扩张和收缩。缠结马达将相距遥远的染色质纤维片段聚集在一起，创造出保持染色体结不受束缚所需的远距离相关性。

消耗化学能的运动蛋白在形成染色体结构中起着关键作用。研究人员探索了这些蛋白质如何影响理想的聚合物链。他们发现，游动马达可以根据施加的力导致收缩或膨胀。相比之下，抓牢马达产生一致的远程效应，与在Hi-C实验中看到的模式一致，该实验确定了间期细胞核中的染色质相互作用，间期是细胞周期中细胞不分裂、染色体去致密并扩散到整个细胞核的阶段。这样做的马达特别弱，在形成环路时很容易失速，所以研究人员寻找一种加速它们的方法。

该研究的合著者、CTBP的研究生曹志宇说:“这项研究因其使用了运动蛋白对染色体链组织的理论建模而引人注目。”

使用统计力学方法，研究人员创建了一个自一致的描述，预测环挤压概率的空间分布。这个模型解决了如何克服马达对随机翻滚的DNA施加的力的反应，这样它们仍然可以进行包装，将长链染色体放入微小的细胞核中。

染色体的三维组织影响重要的生物过程，如DNA复制和胚胎发育过程中细胞的分化。

这项研究得到了莱斯大学布拉德-韦尔奇主席(grant C-0016)和国家科学基金会资助的理论生物物理中心(grant PHY-2019745)的支持。