细胞如何正确选择活性基因

时间：2021-11-08 00:00:00 来源：网络整理

人类遗传物质包含2万多种不同的基因。但每个细胞只使用了基因组中储存的一小部分信息。因此，细胞必须精确地控制它们所使用的基因。否则，可能会发展成癌症或胚胎生长障碍。所谓的转录工厂在活性基因的选择中起着核心作用。“这些工厂是细胞核中的分子簇，结合了活性基因的正确选择和在中心位置读取它们的序列，”Lennart Hilbert解释说。他是KIT动物研究所(ZOO)系统生物学/生物信息学的初级教授，同时也是KIT生物和化学系统研究所生物信息处理(IBCS-BIp)工作组的负责人。

安装和启动在几秒钟内

几十年来，细胞和分子生物学家一直在研究转录工厂是如何在几秒钟内建立起来并开始运作的。到目前为止所获得的结果表明了仅从工业和技术聚合物和液体材料中已知的过程的相关性。目前的研究主要集中在相分离机制上。在日常生活中，在油与水分离的过程中可以观察到相分离。然而，相分离是如何在活细胞中建立转录工厂的，目前还不清楚。

KIT生物和化学系统研究所(IBCS)、动物研究所(ZOO)、应用物理研究所(ApH)和纳米技术研究所(INT)的研究人员与来自埃尔兰根FAU和MpZpM以及美国伊利诺伊大学厄巴纳-香槟分校的科学家合作，现在在转录工厂的形成方面有了新的发现:它类似于液体的冷凝。这一研究发表在《分子系统生物学》杂志上。第一合著者是IBCS-BIp和ZOO的Agnieszka pancholi，以及FAU和MpZpM的Tim Klingberg。

最新的光学显微镜结合计算机模拟

研究人员在他们的论文中指出，凝结形成转录工厂的过程类似于蒸汽玻璃或窗户。液体只有在接受面存在时才会凝结，但很快就会凝结。在活细胞中，基因组的特殊标记区域被用作冷凝表面。液体涂层区域允许相关基因序列的粘附和最终激活粘附基因的额外分子。这些发现是通过跨学科合作得出的。研究人员用最新的光学显微镜对斑马鱼胚胎进行了研究，这是由ApH大学的Gerd Ulrich Nienhaus教授开发的。这些观察结果随后被联系到由瓦西里·扎布尔达耶夫(Vasily Zaburdaev)教授领导的澳大利亚大学数学系主席的计算机模拟中。观察和模拟的结合使得冷凝过程具有可重现性，并解释了活细胞如何快速可靠地建立转录工厂。

最近，对活细胞中浓缩液体的新认识为治疗癌症和神经系统疾病提供了全新的方法。这些方法现在被开发新药的初创公司所采用。其他的研究活动侧重于使用DNA序列作为数字数据存储系统。同时，基于dna的数据存储系统的原理可行性已被多个工作组论证。在这样的DNA存储介质中可靠地存储和读出信息仍然是一个巨大的挑战。“我们的工作展示了生物细胞如何快速而可靠地组织这些过程。我们开发的计算机模拟和功能概念可以直接转移到人工DNA系统，并可以支持他们的设计，”Lennart Hilbert说。

Journal Reference:

Agnieszka pancholi, Tim Klingberg, Weichun Zhang, Roshan prizak, Irina Mamontova, Amra Noa, Marcel Sobucki, Andrei Yu Kobitski, Gerd Ulrich Nienhaus, Vasily Zaburdaev, Lennart Hilbert. RNA polymerase II clusters form in line with surface condensation on regulatory chromatin. Molecular Systems Biology, 2021; 17 (9) DOI: 10.15252/msb.20211027221).

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