波兰科学院 超市里的货架用过道隔开，所以人们在购物时可以很容易地穿过每个过道
细胞核像超市一样工作，那里没有架子，而是有染色质纤维
这些纤维有一些通道，所以分子可以穿过它们
资料来源:IPC PAS，图片:Grzegorz Krzyzewski信用:IPC PAS，Grzegorz Krzyzewski 真核细胞的总部是细胞核，细胞的大部分信息和指令以脱氧核糖核酸的形式储存在那里
脱氧核糖核酸被扭曲、卷曲和捆绑成一条两米长的链，与蛋白质分子一起构成了位于细胞核内的染色质纤维
多年来，科学家们一直好奇这些组件是如何组织的
生化反应中必需的蛋白质在充满DNA的细胞核内高效移动怎么可能？最近的研究终于解开了这个谜
详细描述它的发现发表在2020年12月21日的《物理化学快报》上
拥挤的原子核中的分子 每个细胞的细胞核都隐藏着一条两米长的链，由一种最神奇、最独特的分子组成:DNA
与组蛋白和各种相关的蛋白质一起，脱氧核糖核酸建立了一个染色质框架，其中充满了粘性液体，显示出优异的分子组成多样性
几十年来，分子在原子核中的移动性没有得到充分的探索，但最近的发展改变了这种现状
在罗伯特·霍斯特教授领导的波兰科学院物理化学研究所的一组研究人员的深入研究下，详细介绍了原子核中分子在从单纳米到几十纳米的长度尺度上的迁移率
分子超市 由于它的小尺寸，人们可能会假设原子核具有简单的结构和随机的分子分布
情况绝非如此
核心有着难以置信的复杂和精细的布局
DNA不像一团乱七八糟的意大利面条；它被有效地包装成紧凑的结构
甚至原子核的纳米级粘度也决定了内部单个物体的流动性
为了更好地想象这一切是如何组织有序的，原子核可以被描述为一个超级中心
染色质纤维像架子一样工作，保存着各种必要的遗传信息(即
e
，DNA)就像商店货架上摆满了产品
这些架子并没有占据整个空间，而是被分隔在一个过道般的距离内，就像一个通道
购物时以特定模式穿过过道的人可以被比作蛋白质分子，这些蛋白质分子根据布朗运动的规则在细胞核的通道内随机移动
不管过道有多拥挤，人们总是会找到一条路从对方身边走过，同时保持一定的距离
穿过分子通道的分子做同样的事情，途中没有任何交通问题
这使得每一个分子都可以有效地移动，维持超级商场的有序性
粘度影响 真核细胞中存在的分子大小不同
例如，离子的大小是亚纳米，蛋白质半径通常是几纳米；核小体的半径约为5
5纳米，而折叠起来的染色质纤维的半径约为15纳米
此外，染色质的浓缩环形成更高级的致密结构，其半径约为150纳米
为了了解它们在原子核内的移动性，霍斯特教授的团队提议放置纳米大小的物体，覆盖在原子核内发现的所有长度尺度的自然成分
半径从1
考虑3到86纳米
为了在纳米尺度上观察这种有趣的组织，使用非侵入性技术研究了特定分子的迁移率，如荧光相关光谱和光栅图像相关光谱
由于有了绿色荧光蛋白(绿色荧光蛋白)或纳米浓度的罗丹明基纳米粒子等物质，可以观察特定分子的移动性，并确定核质粘度，而不会对细胞活性造成任何破坏
这些技术允许科学家在分子水平上研究哪怕是最微小的变化
与在水介质中的扩散相比，大纳米粒子的迁移率降低了多达6倍
然而，典型的蛋白质大小的分子扩散仅减少了2-3倍
当注入物体的半径大于20时，迁移率急剧下降，对扩散系数的估计更有意义，可以更仔细地观察发生在原子核通道中特定物体之间和原子核内填充结构内的分子运动和相互作用
这些测量扩展了我们目前对原子核结构的理解
充分理解细胞核内通道的复杂性是至关重要的，因为它直接有助于我们了解大的生物结构，也许包括不久的将来的药物，是如何在细胞内运输的
第一作者，博士
Grzegorz Bubak评论说，“我们的实验揭示，真核细胞的细胞核被大约150纳米宽的染色体间通道渗透，这些通道充满了低粘度的稀释蛋白质水溶液
" 量化细胞核内拥挤程度的研究表明，大多数分子可以自由通过这种复杂的结构
基于理论模型支持的实验，有可能估计染色质结构之间的通道宽度(~150 nm)
细胞核通道可占细胞核体积的34%，约为240 fL
如果它们更窄，染色质纤维会更分散，使得分子不可能在内部有效运动
令人着迷的是，原子核可以包含如此大量的脱氧核糖核酸和其他化学元素，而不会干扰分子的迁移
这都要归功于由脱氧核糖核酸和结构蛋白组成的排列良好的染色质纤维，这些结构蛋白赋予了双螺旋的形状
特定化学元素在分子通道中通过生物流体的移动性在许多过程中是必不可少的，例如产生特定的分子和形成新的蛋白质复合结构
“这些结果在设计生物药物时非常重要，如治疗性蛋白质、酶和单克隆抗体，它们的流体动力学半径比基于合成化合物的常规化学药物大，”dr
Bubak 作为这些研究的结果，分子在核通道中的移动性现在被详细描述并且第一次被很好地理解
由于这项工作中提出的研究，我们现在知道染色质纤维是如何控制分子组织的，揭示了隐藏在细胞核深处的有趣的分子机制
我们现在离开发能被有效运输到细胞核的治疗药物又近了一步
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
