压力和流体力学科学家发现基因组的新组织原则

一组科学家发现了有助于确保生命蓝图正常运作的物理原理——一系列力和流体动力流。它的发现提供了对基因组的新见解，同时可能提供一种新方法来发现与发育障碍和人类疾病相关的基因组畸变。

“基因组在细胞核内的组织和包装方式直接影响其生物学功能，但这种组织背后的物理原理远未被理解，”纽约大学物理系副教授兼作者AlexandraZidovska解释道。该论文发表在PhysicalReviewX(PRX)杂志上。“我们的结果提供了对细胞核内基因组组织的生物物理学起源的基本见解。”

“这些知识对于理解基因组的功能至关重要，”加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系教授、该论文的作者大卫·桑蒂兰补充道。

“我们的研究结果显示了物理学在基因组组织及其功能中的关键作用，”纽约大学Courant数学科学研究所教授、Flatiron研究所研究员、该论文的作者MichaelShelley说。

该团队还包括前熨斗研究所计算生物学中心的WenYan和当时在加州大学圣地亚哥分校攻读博士学位的AchalMahajan，他们专注于核质的作用——基因组所在的液体沉浸其中——以及驱动其组织的力量。

具体来说，科学家们检查了细胞核中工作的酶对染色体物质或染色质施加的力。在这里，这些力启动过程，例如转录，并以影响染色质空间排列的方式起作用。

该组织影响生物功能。但是，尽管这个过程在传递遗传信息方面起着至关重要的作用，但它背后的物理学是不透明的。

为了更好地理解这种动态，科学家们将重点放在基因组划分为主要部分常染色质和异染色质上。常染色质主要包含驱动表达的活跃转录基因;异染色质包含沉默的基因，因此不在细胞中表达。

为了捕捉这一点，他们创建了一个计算机建模系统，通过一系列模拟来复制这个过程。在他们的模型核中，23条染色质纤维——人类基因组中染色体的数量——被建模为软链，并塞入一个充满液体的球体中。每条链被分为活跃区域或常染色质，以及被动异染色质区域。

他们发现，当作用力作用于染色质纤维时，它们会在周围的液体中产生流动，进而影响周围染色质的运动和定位。这些力推动常染色质部分并驱动导致基因组主要空间重排的流动，特别是导致异染色质区室的形成。

“常色或活跃的部分将异色或不活跃的部分推开并将它们聚集在一起，”Zidovska解释道。“这就是细胞有效储存非活性基因的方式。

“这对我们的健康至关重要——如果这个过程出错，有机体就无法正常形成，并可能导致发育障碍和其他疾病，例如癌细胞的发展。”