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Cell:细胞如何将它的基因组包装在单个细胞核中?

发布时间: 2017-09-13 21:14     来源: 生物谷

图片来自Institute of Molecular Biotechnology。
  我们的每个细胞都在它的细胞核中储存着它的基因组。细胞核是一种典型的将真核细胞与细菌区分开来的亚细胞结构。当动物细胞分裂时,它们让它们的细胞核解体,释放出染色体,从而将这些染色体正确地分配到子细胞中。在细胞分裂结束时,每个子细胞重新组装单个细胞核,从而将完整的一套染色体包装起来。单个细胞核的形成对维持基因组完整性是至关重要的。将单个染色体包装到不同的微核(micronuclei)中,容易让DNA遭受大规模损伤,从而导致突变、染色体重排和丢失。癌细胞经常含有多个微核,这可能导致基因组破坏和疾病进展。然而,细胞如何将它的基因组包装到单个细胞核中仍然是个谜。
  对微核进行基因筛选
  在一项新的研究中,来自奥地利科学院分子生物技术研究所的Daniel Gerlich团队通过筛选人细胞中组装单个细胞核所需的基因,着手解决这个问题。他们发现一种被称作BAF(barrier-to-autointegration factor)的多功能蛋白能够结合到DNA上,也能够结合到很多蛋白上。在缺乏BAF时,细胞在细胞分裂结束时形成片段化的细胞核。已知BAF在核膜上将DNA与特定蛋白连接在一起。意料之外的是,Gerlich团队发现细胞核组装并不需要BAF与核膜蛋白结合在一起。相反,他们发现BAF结合到较远的DNA位点上并且在这些位点之间形成横桥(cross-bridging)的能力是组装单个细胞核所必不可少的。相关研究结果发表在2017年8月24日的Cell期刊上,论文标题为“DNA Cross-Bridging Shapes a Single Nucleus from a Set of Mitotic Chromosomes”。
  致密的BAF-DNA网络形成单个细胞核
  BAF与DNA结合如何调节细胞核形成?Gerlich团队发现BAF与DNA形成一种紧密的物理上坚硬的网络。这会在一套染色体周围产生一种粘合在一起的表面网络,而且这种表面网络是核膜不能够穿过的。这种屏障阻止核膜分别包裹单个染色体,因而指导单个细胞核形成。
  这项研究解答了生物学上的一个基础问题,并且揭示出BAF的一种完全意料之外的功能。Gerlich说,“我们的发现提示着产生的DNA横桥除了基因组功能(如调节基因表达和重组)之外具有一种全新的作用:形成亚细胞区室的界限和机械支架。进一步发现塑造有丝分裂染色体和控制它们与其他的细胞组分之间的相互作用的机制令我们感到激动人心。”
  参考资料:
  Matthias Samwer,Maximilian W.G.Schneider,Rudolf Hoefler et al.DNA Cross-Bridging Shapes a Single Nucleus from a Set of Mitotic Chromosomes.Cell,24 August 2017,170(5):956–972,doi:10.1016/j.cell.2017.07.038

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