DNA仅是染色体大小的一半。其他一切都是未知功能的外壳

第四条人类染色体的三维模型

在学校里，我们被告知，每个细胞的细胞核都包含称为染色体的丝状结构，在其中存储了基因-遗传单位以线性顺序排列。基因被编码为DNA大分子的一部分。但是，一切都不像看起来那么简单。

从1882年发现染色体的那一刻起，对染色体进行了彻底而仔细的研究，包括使用光学和电子显微镜。令人惊讶的是，科学家仍然无法清楚地了解其结构是如何组织的。

数十年来，科学家一直致力于研究，主要是染色质。这是染色体的主要功能物质，它是DNA，RNA和蛋白质的复合体。正是在染色质的组成中才能实现遗传信息以及DNA复制和修复。

主要难题之一是染色质堆积（折叠）如何发生。长期以来，人们一直认为包装是随机发生的，但是最近出现了其他理论。一些科学家建议包装是在聚合物熔体的基础上进行的。有观点认为，染色体经历了一系列相互联系的包装过程，从围绕核小体的螺旋缠绕，到螺线管的30 nm纤维，再到更大的螺旋。毕竟，有第三类理论认为染色体由非组蛋白阻止的染色质环组成。

列出的最后一个染色体结构模型最近得到了进一步的证实。在2013年，先进的显微镜方法已经清楚地表明细胞核是如何形成的染色质环（见。线性阵列工作纳塔利娅Naumova从马萨诸塞大学和他的同事们，发表在杂志科学）。视频更多地显示了染色体的自组织如何发生。

有丝分裂染色体的组织（2013年Natalya Naumova及其同事的文章的随附材料）


然而，所有这些染色质研究在很大程度上忽略了薄表面层，该薄表面层是1968年通过经典显微镜方法在染色体上发现的。该外围层的研究不足，其组成和结构几乎未知。默认情况下，假定这只是粘附在染色体上的某种非晶质。

问题在于我们只能在某些条件下研究染色体，因此我们对它们的实际外观尚无明确的想法。

来自爱丁堡大学的一组英国科学家已经研究了染色体的外层了几年。几年前，他们证明组装染色体的外部部分必然需要存在Ki-67蛋白。科学家建议使用这种蛋白质制作染色体涂层。一组科学家进行的

一项新研究包含了染色体结构的3D建模结果以及对壳的描述。据科学家称，这种材料占染色体体积的47％。同时，这种材料的功能仍不清楚。

据推测，由于膜的单个染色体在细胞分裂的关键过程中彼此分离。这种材料可能还有助于避免细胞分裂错误。已知某些类型的癌性肿瘤和人类先天性疾病与这种错误的分裂有关。

科学史上第一次，科学家们编辑了所有46条人类染色体的详细3D模型。由于使用了新的3-D-CLEM方法，使之成为可能，该方法结合了光学和电子显微镜技术，并能够以前所未有的分辨率记录染色体。


3-D-CLEM过程各个阶段的示意图，历时5.5至19.5天，

因此，科学家们模拟了染色体中DNA的长度，宽度，表面积，体积和堆积密度。



“我们为研究染色体而开发的可视化方法确实具有革命性意义，” 他说。爱丁堡大学的Daniel Booth博士。“我们研究的所有46条人类染色体的结构第一次使我们重新考虑了它们几乎完全由染色质组成的想法。这个假设几乎保持了100年不变。”

实际上，染色质仅占染色体的53％至70％。其他所有东西都是比预期要厚得多的外壳。

了解染色体和膜的结构以及分裂过程，将有助于研究和预防某些疾病的发展。

该科研成果于2016年11月10日发表在《分子细胞》杂志上（doi：10.1016 / j.molcel.2016.10.009，pdf）。

Source: https://habr.com/ru/post/zh-CN399449/