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>>超分辨显微镜显示染色体之间的联系

结构照明超分辨率显微镜(SIM)图像有丝分裂的染色体从人类细胞,显示rna连接的染色体。rDNA用rDNA探针和UBF抗体标记(绿色和红色)。rDNA和UBF在染色体之间形成丝状连接。信贷Gerton实验室
结构照明超分辨率显微镜(SIM)图像有丝分裂的染色体从人类细胞,显示rna连接的染色体。rDNA用rDNA探针和UBF抗体标记(绿色和红色)。rDNA和UBF在染色体之间形成丝状连接。信贷Gerton实验室

抽象:
多亏了超分辨率显微镜,科学家们现在能够毫不含糊地确定人类染色体之间的物理联系。这一发现为50多年前首次进行的一项好奇的观察带来了新的认识。

超分辨率显微镜照亮染色体之间的关联

密苏里州堪萨斯城,2019年7月3日发布

斯托沃斯医学研究所的科学家们在最近发表在《细胞生物学杂志》网上的一份报告中探讨了人类核型中五条染色体之间的物理联系。

斯托沃斯的研究者詹妮弗·格顿博士说:“染色体间的连接可能被证明是多种人类细胞中染色体组织的一个完整和普遍的控制特征,”她领导了研究这些连接的基础和功能的研究小组。

这些联系是在人类基因组组织的研究过程中发现的。Gerton实验室的研究专家Tamara Potapova博士与Stowers显微镜和计算生物学团队合作,使用结构图像超分辨率显微镜(SIM)技术,以纳米级分辨率显示生物样品,并在这些研究中进行DNA测序分析。

这篇论文的第一作者波塔波娃解释说,当sim图像持续显示23条人类染色体中的5条染色体之间的联系时,她和她的同事们感到惊讶。她说:“我们知道染色体的姊妹复制品之间有接触点,但异源染色体之间没有接触点。”“我很好奇为什么相同的五条染色体在许多不同的细胞类型中显示出联系。”

波塔波娃发现了一些先前发表的关于染色体间可能存在联系的报道。这些观察大多是在细胞遗传学研究期间进行的,早在超分辨率显微镜方法出现之前。

英国遗传学家马尔科姆A.1961年在《柳叶刀》杂志上发表了对染色体间联系的早期观察。弗格森·史密斯。由于当时显微镜的分辨率非常有限,现在剑桥大学名誉教授弗格森·史密斯几乎看不到这些联系。然而,在《柳叶刀》的论文中,他写道,他在细胞遗传学研究中观察到的一些染色体似乎像一对“手牵着手的杂技演员”一样通过短臂相连。

斯托沃斯的研究人员发现,显示染色体间连接的五条染色体通过一个单一的共享序列,即核糖体dna(rdna)连接在一起。这个序列编码核糖体RNA(rRNA)分子,它是形成核糖体(细胞的蛋白质制造工厂)所必需的。这些序列靠近五条不同人类染色体的末端,可以充当杂技演员的“手”,把不同的染色体连接在一起。

研究人员还在许多不同的人类细胞类型中检测到rDNA连接。Potapova说,rDNA连接在健康组织和病变组织中普遍存在,表明它们不是病理性的。

在这篇论文中,Stowers的研究人员和他们的合著者,来自新加坡科学、技术和研究机构以及劳伦斯伯克利国家实验室,提出染色体之间rDNA连接的结构基础是拓扑连锁或连锁。

联锁可能通过两个因素的组合发生。第一个因素是核仁中强烈的转录活性,核仁是核仁中核糖体生物发生的场所。第二个因素是核仁中存在来自不同异源染色体的rDNA序列。由于它们在核仁拥挤的环境中非常接近,所以rDNA序列的条带可以相互碰撞。

这些链可以通过拓扑异构酶II的作用相互连接。为了消除由于高水平转录引起的超链应激,拓扑异构酶II必须不断地断裂和重新连接DNA链。在这篇论文中,研究人员提出,这种酶可以将两条不同染色体上rdna区域的链缠住,从而建立连接。

研究人员还确定,除了形成rdna连接外,拓扑异构酶ii还确保当染色体分裂时,染色体之间的rdna连接得到解决。除了拓扑异构酶II,研究小组还发现了其他调节连接的因素。促进rDNA的增加连接,包括c-Myc基因,核糖体生物合成和蛋白质合成的全局调节器,和上游结合因子(UBF)转录因子,其涂覆rDNA的键的转录因子。

研究结果可以提供有关的染色体融合导致罗伯逊易位,在人类中最常见的染色体异常的起源的线索。罗伯逊易位是包含rDNA的两条染色体之间的融合。如果在DNA发生中断由连接提供的接近度可以增加这些染色体结束的可能性熔合在一起。罗伯逊易位可导致不育和三体如唐氏综合征。

该Gerton实验室继续研究基因组的其他地区是否从事染色体间的连接。Gerton说:“这些研究结果已推出了一个新类型的染色体染色体相互作用的。现在我们想知道的话,除了rDNA的区域可以在这些类型使用类似机制的互动的参与。”

其他研究贡献者包括杰伊R.安鲁,博士,张祖林宇博士和华立博士,从斯托尔斯研究所朱利亚Rancati,博士,从该机构科学,技术和研究在新加坡和 Martha R.施坦普费尔,博士,来自劳伦斯伯克利国家实验室。

莱调查结果摘要

从斯托尔斯医学研究所的最新研究解决了一个神秘的特定人类染色体之间连接的一个半世纪之久的观察。在最近发表在细胞生物学杂志的一篇文章中,研究小组通过调查斯托尔斯詹妮弗Gerton,博士领导揭阳连接可能如何建立。

使用超分辨率显微镜,第一作者塔玛拉Potapova博士和合作者确定这些染色体间的联系是由核糖体DNA的,所连接的染色体之间共享的序列。这些发现提示,在连接由染色体的接近在三维空间和它们的转录,它们一起允许染色体撞在一起并成为联锁控制。在许多类型的细胞中检测到的连接,表示它们是正常类型的染色体染色体相互作用的。然而,他们可以提供关于与人类不育和发育障碍相关的染色体融合的起源的线索。

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关于斯托尔斯医学研究所
该斯托尔斯医学研究所是一个非营利性,基础生物医学研究机构,致力于通过研究生命的基本流程改善人类健康。吉姆·斯托尔斯,美国世纪投资公司的创始人,他的妻子,弗吉尼亚州,2000年开业的学院。目前,该研究所是家庭约500研究人员和支持人员,超过20个独立的研究项目,以及十几家技术开发和核心设施等等。了解更多有关学院http://www.stowers.org大约在其研究生课程http://www.stowers.org/gradschool

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