马克斯·普朗克学会 (从左到右)；I)代表早期胚胎中染色体Rabl构型的漫画
着丝粒周围区域是顶端的，染色体臂是对齐的，端粒是基部的
a室用黄色表示，B室用蓝色表示
ii)早期胚胎中HP1a的免疫荧光染色，反映出漫画中的Rabl构型，HP1在着丝粒周围区域富集
ⅲ)差异高-碳接触图(log2-转化)，突出了染色体臂内接触频率增加，臂间和染色体间接触减少，HP1-KD胚胎着丝粒周围区域内和之间的联系减少
iv)野生型对照(左)和突变型(右)条件下染色质折叠的聚合物模拟快照，其中着丝粒周围区域可以自由扩展
学分:免疫生物学和表观遗传学医学专业
基因 DNA分子在细胞核中不是裸露的
相反，它在不同蛋白质的帮助下以非常有组织的方式折叠，以建立遗传信息的独特空间组织
这种三维空间基因组组织是基因调控的基础，必须由每个个体在早期胚胎发生过程中重新建立
弗赖堡马克斯·普朗克免疫生物学和表观遗传学研究所的研究人员与巴塞尔弗里德里希·米希尔研究所的同事合作，现在揭示了蛋白HP1a在受精后3D基因组重组中的未知和关键作用
该研究确定HP1a是一种表观遗传调控因子，参与建立早期果蝇胚胎基因组的整体结构
人类基因组的信息由大约30亿个碱基对编码，包装成23对染色体
如果所有的染色体都能解开并线性排列，它们将会是一根大约2米长的细线
脱氧核糖核酸分子必须被广泛包装才能装入细胞核，细胞核的大小在微米范围内
“脱氧核糖核酸线不是简单地塞进细胞核
相反，它是以一种非常有组织的方式折叠的，以确保基因组的不同部分，有时彼此相隔几千个碱基对，可以相互交流以获得适当的基因功能，”弗赖堡免疫生物学和表观遗传学医学研究所的组长尼古拉·约维诺说
这种包装的一部分是组蛋白，作为缠绕脱氧核糖核酸的线轴，从而被压缩
这种由脱氧核糖核酸和蛋白质组成的复合体被称为染色质
因此，染色质是遗传物质进一步包装成染色体的基础，染色体的结构以其特有的十字形而闻名
染色体本身在细胞核中占据不同的位置，称为染色体区域，这也使得基因组的有效包装和组织成为可能
促成这种3D染色质组织的完整机制仍未被探索
现在，位于弗赖堡的MPI的尼古拉·约维诺实验室与瑞士巴塞尔弗里德里希·米舍尔研究所的卢卡·乔治蒂合作，能够展示异染色质蛋白1a (HP1a)在受精后重组3D染色质结构中的基本作用
通过将强大的果蝇遗传学与3D基因组建模相结合，他们发现在早期胚胎发育过程中，HP1a需要在多个层次上建立合适的染色质3D结构
早期胚胎作为研究染色质重编程的模型 包装的程度以及相应的基因活性受表观遗传修饰的影响
这些是安装在组蛋白上的小化学基团
进行这些表观遗传修饰的蛋白质可以被认为是给定表观遗传修饰的作者、擦除者或读者
“我们发现在果蝇的早期胚胎发育中，阅读蛋白HP1a是建立染色质结构所必需的，”该研究的第一作者Fides Zenk说
早期胚胎发育是研究染色质组织过程的一个特别有趣的时间窗口
受精时，两个高度特化的细胞——精子和卵子——融合
由此产生的全能性合子将最终产生身体的所有不同细胞
有趣的是，大多数塑造染色质的表观遗传修饰都被抹去了，必须重新建立
在果蝇中，尼古拉·约维诺的实验室先前已经表明受精后染色质经历了重大的重组事件
因此，它是研究染色质结构建立过程的理想模型系统
三维基因组体系结构的全新建立 当受精卵的基因组在受精后第一次被激活时，它触发了全局从头3D染色质重组，包括着丝粒(着丝粒周围)周围高度紧密区域的聚集，染色体臂的折叠和染色体分成活跃和不活跃的区室
尼古拉·约维诺说:“我们认为HP1a是维持个体染色体完整性所必需的重要表观遗传调节剂，也是在早期胚胎中建立基因组全球结构的核心。”
3D基因组模拟 这些在果蝇胚胎中收集的发现和数据被弗里德里希·米舍尔研究所的合作者用来构建现实的染色体三维模型，该研究所由卢卡·乔治蒂领导
这是可能的，因为细胞核内的染色体是聚合物，由较小成分(单体)链组成的非常大的分子——在这种情况下，连续的脱氧核糖核酸碱基对和脱氧核糖核酸结合蛋白一起构成染色质纤维
像所有其他聚合物一样，不管是丝、聚乙烯还是聚酯，染色质都遵循一套被称为“聚合物物理”的物理学分支描述的物理定律
“这些定律可以被编码到计算机程序中，用来模拟细胞核中染色体的三维形状
“这种方法的优势在于它允许模拟大量突变的影响
这使研究人员能够探索超出实验范围的情况，例如需要多年实验室工作的许多不同蛋白质的同时消耗
巴塞尔弗里德里希·米歇尔研究所的小组组长卢卡·乔治蒂说:“通过将模拟结果与实验结果进行比较，这种方法还可以检验基于实验观察的机制的替代假设。”
在这种情况下，FMI研究人员使用整个果蝇基因组的聚合物模型来问这个问题:根据聚合物物理的基本定律，单个蛋白质——HP1——的耗尽有可能导致细胞核中染色体的关联和形状发生巨大变化吗？还是需要额外的机制来解释实验观察？该研究的第一作者之一展说:“我们发现，在模拟实验中，蛋白质与其结合位点的去除解释了全部实验结果，从而进一步证实了HP1在建立基因组的三维结构中起着关键作用。”
来源：由phyica.com整理转载自PH，转载请保留出处和链接！
