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        數(shù)學(xué)分析揭示了人類基因組的結(jié)構(gòu)
        
			
        
				2019-01-11 11:48:10
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        數(shù)學(xué)分析使日本的研究人員得到了一個(gè)可以描述DNA在活細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)動(dòng)的公式。使用這些計(jì)算，研究人員可能能夠揭示人類基因組的3D結(jié)構(gòu)。將來(lái)，這些結(jié)果可以讓科學(xué)家們?cè)敿?xì)了解基因細(xì)胞機(jī)器如何組織和獲取DNA。先前研究基因組結(jié)構(gòu)的技術(shù)依賴于需要?dú)⑺兰?xì)胞的方法。該研究項(xiàng)目涉及日本多個(gè)研究所的合作者，使用替代分子和細(xì)胞生物學(xué)技術(shù)來(lái)保持細(xì)胞存活并收集有關(guān)DNA自然運(yùn)動(dòng)的數(shù)據(jù)。
        

        數(shù)學(xué)分析揭示了人類基因組的結(jié)構(gòu)
        

        DNA通常被設(shè)想為穩(wěn)定和靜態(tài)的代碼，但整個(gè)基因組實(shí)際上是一種活躍的分子，可以四處移動(dòng)并改變形狀。目前，科學(xué)家們可以對(duì)DNA的整個(gè)基本代碼進(jìn)行排序，但了解基因組的大規(guī)模3D架構(gòu)將揭示有關(guān)細(xì)胞如何使用代碼的更多信息。
        

        當(dāng)細(xì)胞生長(zhǎng)時(shí)，DNA被存儲(chǔ)為一個(gè)松開(kāi)的線軸; 某些部分(常染色質(zhì))更松散地纏繞，因此細(xì)胞機(jī)器可以將DNA轉(zhuǎn)化為蛋白質(zhì)，而不是緊密纏繞的其他區(qū)域(異染色質(zhì))。當(dāng)細(xì)胞準(zhǔn)備在細(xì)胞分裂期間分裂成兩半時(shí)，它將所有染色質(zhì)包裝成緊密纏繞的X形染色體。
        

        “我們的計(jì)算考慮了DNA的分形維數(shù)，它顯示了DNA在細(xì)胞內(nèi)的密集程度.DNA的包裝方式可能表明細(xì)胞如何使用某些基因，”廣島大學(xué)助理??教授Soya Shinkai博士說(shuō)。和研究論文的第一作者。
        

        沿著染色質(zhì)的“串”是規(guī)則間隔的，稱為核小體的DNA-蛋白質(zhì)復(fù)合物的桶狀“珠子”。研究人員追蹤核小體在細(xì)胞周圍的運(yùn)動(dòng)，以了解染色質(zhì)的存儲(chǔ)位置和方式。研究人員用熒光標(biāo)記標(biāo)記了核小體，并在人類細(xì)胞的生長(zhǎng)階段拍攝了顯微鏡圖像。然后他們使用聚合物物理學(xué)理論來(lái)量化核小體的運(yùn)動(dòng)。
        

        “每秒鐘，一個(gè)10納米大小的核小體可以移動(dòng)100納米。細(xì)胞內(nèi)恒定，微妙的隨機(jī)力使染色質(zhì)移動(dòng)得那么多，”Shinkai說(shuō)。
        

        在細(xì)胞可以使用基因之前，DNA必須完全解開(kāi)。含有常用基因的染色質(zhì)區(qū)域與染色質(zhì)區(qū)域的包裹不太緊密，不常用的基因?？梢暬旧|(zhì)如何在細(xì)胞內(nèi)包裝的模型可以讓研究人員了解哪些基因最常訪問(wèn)或最不常訪問(wèn)，以及基因組的物理組織方式。
        

        “我們的計(jì)算與局部染色質(zhì)結(jié)構(gòu)有關(guān)，但這種方法也可以擴(kuò)展到整個(gè)染色體。這些數(shù)學(xué)公式是如何解釋細(xì)胞內(nèi)DNA移動(dòng)的顯微鏡圖像的視覺(jué)數(shù)據(jù)的理論，”Yuichi Togashi博士說(shuō)。 ，廣島大學(xué)副教授，研究論文的最后一位作者。
        

        未來(lái)的研究項(xiàng)目將包括尋找新的顯微鏡和DNA標(biāo)記技術(shù)，以便在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)直觀地跟蹤單個(gè)核小體的運(yùn)動(dòng)。
        

        發(fā)表最近論文的四位研究人員是理論和計(jì)算生物物理學(xué)，結(jié)構(gòu)生物學(xué)，細(xì)胞生物學(xué)和分子生物學(xué)方面的專家。研究結(jié)果來(lái)自一個(gè)由廣島大學(xué)染色質(zhì)活動(dòng)數(shù)學(xué)研究中心相關(guān)的跨學(xué)科科學(xué)家團(tuán)隊(duì)提供的研究項(xiàng)目。該項(xiàng)目的其他合作者包括國(guó)立遺傳學(xué)研究所(日本)，慶應(yīng)義塾大學(xué)和蘇肯戴高等研究生院。
        
			

			
          
        
			
        
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