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DNA 在细胞中呈不规则结构证据找到 对理解遗传信息及细胞相关疾病有重要意义

近年来有研究认为,DNA 在细胞核中并非呈有规则的螺旋折叠状态,但活细胞中 DNA 以不规则结构存在的决定性证据一直未能找到。日本国立遗传学研究所的联合研究小组近日宣布,他们利用超分辨率荧光显微镜,首次观察到活细胞内收纳 DNA 的情景。

在构成我们身体的每一个细胞中,收纳有全长可达 2 米的 DNA。这些 DNA 是直径 2 纳米的细丝,被酒桶形状的蛋白质组缠绕,形成直径约 11 纳米的核小体。40 多年前的学说认为,核小体呈螺旋状有序折叠,形成直径 30 纳米左右的染色质纤维,然后再呈螺旋状缠绕为分层结构。但这一学说被国立遗传学研究所教授前岛一博推翻。前岛在 2008 年通过低温电子显微镜和 X 射线散射实验,提出了“不存在有规律的染色质纤维,核小体不规则地收纳在细胞内”的新学说。在此之后,虽然对染色质的实体进行了各种研究,但由于其结构非常微小,仅为纳米级,利用目前的光学显微镜观察极为困难。

前岛一博与野崎慎带领研究团队发表在近期出版的美国《分子细胞》杂志上论文称,他们利用设计的超分辨率荧光显微镜观察单个的核小体,从而实现了对活细胞中实体染色质的观察。他们首次看到,细胞核中多数核小体呈不规则折叠,形成直径约为 160 纳米的紧凑块状物(染色质域)的动态情形,而非有规律的染色质纤维。

研究小组进一步了解染色质域性质的机理,发现核小体之间的结合与染色质捆绑所需要的黏附蛋白质极为重要。

另外,细胞的多数活动是从 DNA 检索遗传信息开始的。但是由于检索领域庞大,从细胞核检索遗传信息效率很低,因此研究人员推断,染色质域形成块状提高了信息检索及控制效率。由于 DNA 折叠异常会出现细胞癌化等各种疾病,这项研究成果对理解与细胞异常相关的疾病具有重要意义。

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