Tech

การจัดเรียงตัวของ DNA ที่น่าแปลกใจในนิวเคลียสของเซลล์ถูกเปิดเผย

จากการศึกษาใหม่ 2 ชิ้น เราจำเป็นต้องพิจารณาใหม่ว่าภาพที่แสดงถึง DNA นั้นจัดอยู่ในนิวเคลียสของเซลล์ การอธิบายเป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากการจัดวางพื้นที่ของ DNA ในนิวเคลียสสามารถมีอิทธิพลต่อการแสดงออกของยีนที่อยู่ภายในอะตอมของ DNA และต่อมาคือโปรตีนที่พบในเซลล์

นักวิทยาศาสตร์ที่ Weizmann Institute of Science ศึกษาอิทธิพลของแรงทางกลในนิวเคลียสของเซลล์ภายในกล้ามเนื้อ พวกเขาพบว่าการหดตัวของกล้ามเนื้อมีผลทันทีต่อรูปแบบการแสดงออกของยีน

ศ. Talila Volk จากแผนกอณูพันธุศาสตร์กล่าวว่า “เราไม่สามารถสำรวจเรื่องนี้เพิ่มเติมได้ เนื่องจากวิธีการที่มีอยู่อาศัยการถ่ายภาพเซลล์ที่ได้รับการเก็บรักษาทางเคมี ดังนั้นพวกเขาจึงล้มเหลวในการจับภาพสิ่งที่เกิดขึ้นในนิวเคลียสของเซลล์ของ กล้ามเนื้อทำงานจริง” 3D chromatin

ปัญหานี้ได้รับการแก้ไขแล้วโดยใช้อุปกรณ์ที่อนุญาตให้นักวิทยาศาสตร์ศึกษานิวเคลียสของกล้ามเนื้อในตัวอ่อนแมลงวันผลไม้ที่มีชีวิต อุปกรณ์จับตัวอ่อนโปร่งแสงขนาดเล็กภายในร่องที่ช่วยให้กล้ามเนื้อหดตัวและคลายตัว สิ่งนี้ยังช่วยให้การเคลื่อนไหวของมันถูกจำกัด เพื่อให้กล้องจุลทรรศน์เรืองแสงสามารถสแกนได้

3D chromatin
การจำลองโครมาติน 3 มิติเปิดเผยว่าการจัดโครงสร้างโครมาตินในนิวเคลียสขึ้นอยู่กับปฏิสัมพันธ์ทางกายภาพระหว่างโครมาตินกับลามินานิวเคลียร์ เมื่อปฏิสัมพันธ์เหล่านี้อ่อนแอลง (จากซ้ายไปขวา) – เช่นเดียวกับในหลายโรคตั้งแต่ dystrophies ของกล้ามเนื้อไปจนถึงความผิดปกติของระบบประสาท – chromatin จะเปลี่ยนจากรอบนอกของนิวเคลียสไปยังศูนย์กลาง

โดยการทำเช่นนั้น นักวิทยาศาสตร์สามารถได้ภาพ ของสารเชิงซ้อนภายในที่จัดเป็นเส้นตรงของดีเอ็นเอและโปรตีน (เรียกว่าโครมาติน) ที่ล้อมรอบด้วยเยื่อหุ้มนิวเคลียสของกล้ามเนื้อ

พวกเขาพบว่า แทนที่จะเติมปริมาตรทั้งหมดของนิวเคลียส ‘เส้นก๋วยเตี๋ยว’ หรือโมเลกุลของโครมาตินแบบยาว ถูกจัดเรียงเป็นชั้นบางๆ ติดกับผนังด้านใน เช่นเดียวกับการแยกเฟส โครมาตินจะแยกตัวเองออกจากของเหลวจำนวนมากภายในนิวเคลียส มันพบที่ของมันที่ชานเมือง

การค้นพบนี้ยังกล่าวถึงคำถามทางชีววิทยาขั้นพื้นฐานว่า โครมาตินเป็นอย่างไร และด้วยเหตุนี้ DNA จึงถูกจัดอยู่ในนิวเคลียสของสิ่งมีชีวิต

นักวิทยาศาสตร์ยังได้พัฒนาแบบจำลองทางทฤษฎีที่รวมปัจจัยทางกายภาพที่ควบคุมการจัดโครงสร้างของโครมาตินในนิวเคลียส เช่น แรงดึงดูดสัมพัทธ์ระหว่างโครมาตินกับสภาพแวดล้อมที่เป็นของเหลว และระหว่างโครมาตินกับเยื่อหุ้มนิวเคลียส

แบบจำลองคาดการณ์ว่าโครมาตินควรผ่านการแบ่งตัวจากเฟสของเหลว ขึ้นอยู่กับปริมาณสัมพัทธ์ของของเหลว (ไฮเดรชั่น) ในนิวเคลียส นอกจากนี้ โครมาตินที่แยกเฟสสามารถจัดเรียงตัวมันเองตามฟิล์มอะตอมได้

ศ. Sam Safran จากภาควิชาฟิสิกส์เคมีและชีวภาพของสถาบันวิทยาศาสตร์ Weizmann กล่าวว่า “กลุ่มนี้ยังอธิบายด้วยว่าทำไมในการศึกษาก่อนหน้านี้โดยนักวิทยาศาสตร์คนอื่น ๆ โครมาตินจึงดูเหมือนจะเติมนิวเคลียสของเซลล์ เมื่อนักวิทยาศาสตร์วางเซลล์บนสไลด์แก้วเพื่อศึกษาภายใต้กล้องจุลทรรศน์ พวกมันจะเปลี่ยนปริมาตรและทำให้แบนราบ สิ่งนี้อาจรบกวนแรงบางอย่างที่ควบคุมการจัดเรียงของโครมาติน และลดระยะห่างระหว่างส่วนบนของนิวเคลียสกับฐานของมัน”3D chromatin

นักวิทยาศาสตร์ยังได้ตรวจสอบ มนุษย์มีชีวิต เซลล์เม็ดเลือดขาว สิ่งนี้ทำเพื่อให้แน่ใจว่าการค้นพบนี้ไม่ได้ จำกัด เฉพาะเซลล์กล้ามเนื้อแมลงวันผลไม้

Amiad-Pavlov กล่าวว่า “ นี่แสดงให้เห็นว่าสิ่งที่เราต้องการ พบว่าน่าจะเป็นปรากฏการณ์ทั่วไป และการจัดกลุ่มโครมาตินนี้น่าจะได้รับการอนุรักษ์ไว้ตลอดวิวัฒนาการ” 3D chromatin

การศึกษานี้เป็นการเปิดช่องทางใหม่ในการวิจัย เข้าไปในการจัดระเบียบของ DNA ในเซลล์และแรงทางกายภาพที่กระทำต่อนิวเคลียสและโครมาตินที่อาจส่งผลต่อการแสดงออกของยีน ทิศทางหนึ่งที่เป็นไปได้คือการสำรวจว่าองค์กร DNA ด้านสุขภาพและโรคมีความแตกต่างกันหรือไม่ หากเป็นเช่นนั้น ความแตกต่างนี้อาจใช้ในการวินิจฉัย เช่น เป็นพารามิเตอร์ใหม่สำหรับการตรวจหาเซลล์มะเร็ง

วารสารอ้างอิง :
  1. Daria Amiad-Pavlov et al., การถ่ายภาพสดของการกระจายโครมาตินเผยให้เห็นหลักการใหม่ของสถาปัตยกรรมนิวเคลียร์และการแบ่งส่วนโครมาติน, ความก้าวหน้าทางวิทยาศาสตร์ (2021) ดอย:

10.1126/sciadv.abf6251 Gaurav Bajpai และคณะ, การแยกเฟส Mesoscale ของโครมาตินในนิวเคลียส, eLife (2021). ดอย:
10.7554/eLife.63976

จังหวัดตรังủ
ธุรกิจ

  • อาหาร
  • ไลฟ์สไตล์ เทค สุดยอดการตลาดดิจิทัล (การตลาดดิจิทัล)

    Back to top button