染色质在单个细胞中形成三维“森林”

单个细胞包含整个有机体的遗传指令。这种基因组信息是由染色质这一复杂的机制来管理和处理的。染色质是染色体内的DNA和蛋白质的混合物，其功能和在疾病中的作用越来越受到科学家的关注。

美国西北大学(Northwestern University)的一个研究小组利用他们自己开发的数学模型和光学成像技术，发现了染色质如何在单细胞水平折叠。研究人员发现，染色质被折叠成沿着染色质主干排列的各种树形结构域。这些大大小小的区域就像一个森林地面上生长着树木的混交林。整体结构是一个微尺度的三维森林。

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染色质负责将DNA打包成细胞核。在人类中，每个细胞中大约有6英尺长的DNA。这项新的研究表明，在单个细胞中，染色质的结构和层次比之前认为的要更加分明。了解染色质如何正确运作将帮助科学家了解它在癌症和其他疾病中出了什么问题。

西北大学麦考密克工程学院(McCormick School of Engineering)生物医学工程教授伊戈尔•斯兹雷弗(Igal Szleifer)表示:“通过整合理论和实验工作，我们制作出了一幅新的染色质折叠图，这有助于我们了解3D基因组在单细胞水平上是如何组织的。”他和瓦迪姆·巴克曼共同领导了这个研究小组。

这项跨学科研究的细节今天(1月10日)发表在《科学进展》杂志上。

“如果说基因是硬件，那么染色质就是软件，”巴克曼说。“如果染色质的结构发生变化，它可以改变储存在基因组中的信息的处理过程，但它不会改变基因本身。”理解染色质折叠是理解细胞如何分化和癌症如何发生的关键。”

瓦迪姆辅助工

基因组、成像和信息技术的进步才刚刚开始让科学家更好地了解染色质的工作原理。西北大学的研究人员使用了一种由巴克曼和他的同事开发的光学成像的部分波谱(PWS)显微镜，深入观察活细胞并“感知”染色质包装的变化。他们还使用了电子成像技术。

该研究的第一作者黄凯(音译)说:“在基因组结构的整体观点中，我们关于染色质折叠的范式转变是一个重要的缺失部分。”黄是斯兹雷弗研究小组的博士后研究员。“研究结果应该会激发出对抗癌症的新策略。”

这项研究得到了美国国家科学基金会(National Science Foundation)和美国国立卫生研究院(National Institutes of Health)国家癌症研究所(National Cancer Institute)的支持。

这篇论文的题目是“三维基因组的物理和数据结构”。通讯作者是斯兹雷弗、巴克曼和黄。

贝克曼也是范伯格医学院的医学、生物化学和分子遗传学教授，西北大学罗伯特·h·卢里综合癌症中心研究技术和基础设施的副主任，生命过程化学研究所的成员。

斯兹雷弗也是勒里癌症中心的成员。

主题:癌症，工程学，麦考密克工程学院，研究