FoodPro Preloader

Posisjoner av gener inne i cellekernen utøver biologiske effekter


Cell , vol. 137, nr. 2; 17. april 2009 I flere år har cellekjernen vært en svart boks av biologi. Forskere har forstått lite om strukturen eller måten den opererer på. Men takk delvis til nye visualiseringsteknologier, har biologer nylig begynt å undersøke kjernens arkitektur i sanntid. Og de oppdager at denne arkitekturen ser ut til å forandre seg når vi blir eldre eller blir syke eller som våre behov skifter. Faktisk

Cell, vol. 137, nr. 2; 17. april 2009

I flere år har cellekjernen vært en svart boks av biologi. Forskere har forstått lite om strukturen eller måten den opererer på. Men takk delvis til nye visualiseringsteknologier, har biologer nylig begynt å undersøke kjernens arkitektur i sanntid. Og de oppdager at denne arkitekturen ser ut til å forandre seg når vi blir eldre eller blir syke eller som våre behov skifter. Faktisk kan strukturen av atomkomponenter-kromosomer, RNA, proteinkomplekser og andre små kropper - være så biologisk viktig som komponentene selv.

Det er ikke overraskende at kjernen er nøye organisert. Det menneskelige genomets 3, 2 milliarder DNA-basepar må komprimeres 400.000 ganger for å passe inn i det lille rommet - men generene må også samhandle med hverandre der og med maskineri som transkriberer dem til proteiner. Kjernestruktur har historisk vært vanskelig å studere fordi forskere måtte stole på elektronmikroskopi eller antistoffflekker, som kun viser cellekomponenter på enkelte punkter i tid. På 1990-tallet begynte biologer imidlertid å bruke grønn fluorescerende protein for å observere kjernefysiske komponenter i levende celler i sanntid, mye som en film. "Et bilde er verdt 1000 ord, og jeg liker alltid å si at en film er verdt en million ord, " sier David L. Spector, en cellebiolog ved Cold Spring Harbor Laboratory.

En av første ting biologer la merke til var at gener ligger i forskjellige deler av kjernen, avhengig av deres aktivitet. Kromosomale regioner som inneholder stille gener lokaliseres til kondenserte DNA-regioner i ytre periferien, mens aktive gener forblir i det romerske kjerneområdet, kanskje fordi de lettere kan dele transkripsjonsressursene. Men "som de fleste ting i biologi, har folk funnet unntak, " forteller Tom Misteli, en cellebiolog ved National Cancer Institute. Noen ganger er aktive gener i periferien, og omvendt.

Kromosomer stiller seg nøye i forhold til hverandre også. Muselaktoriske celler inneholder gener for 1300 typer luktreseptorer, men bare ett av generene slår seg på i hver celle. I en papir fra 2006 brukte forskere fluorescerende koder til å vise at et reseptorgen blir bare uttrykt hvis det kommer i fysisk kontakt med en bestemt del av kromosom 14. Ideen er at "disse to kromosomene kommer sammen i tredimensjonalt rom, de kysser, og det er slik du får reguleringen din "av genetisk aktivitet, sier Misteli. Kromosom "kysser" ser også ut til å spille en rolle for å bestemme hvilket X-kromosom som blir slått av i kvinnelige celler, fordi bare en kopi er vanligvis aktiv.

Endringer i nukleær struktur kan påvirke mobilfunksjonen på dramatiske måter. I april oppdaget biologer Thomas Cremer og Boris Joffe fra Ludwig-Maximilians Universitet i München at arkitekturen av retina rod-kjerner er omvendt i nattlig muskondensert DNA sitter i midten, med mindre kondenserte områder i periferien. De ante ikke hvorfor, men til slutt "kom til den utrolige ideen om at det kan være relatert til visjon, " sier Joffe. Forskerne sammenlignet retinalkjernene med 38 arter og fant at de av nattlige og crepuskulære arter - dyr som var aktive i skumring eller daggry - inneholdt den inverterte strukturen, mens diurnale arter hadde det mer tradisjonelle oppsettet. Den inverterte arkitekturen synes å minimere lysfordeling, noe som gjør at de kan se bedre i mørket, sier Joffe, men det er uklart hvorfor.

Aldring og sykdom er også forbundet med endringer i nukleær arkitektur. Generelt, som celler alder, begynner butikkene av kondensert DNA ved atomkjernen å bevege seg innover. I en studie i Journal of Cell Biology i 2008 identifiserte Misteli og hans kolleger fire kreftrelaterte gener som endrer posisjoner når brystceller blir kreftfremkallende. Struktur kan også påvirke risiko; når kromosomer kommer for nær hverandre, opptrer kreftfremkallende kromosomale translokasjoner oftere. Og bizarre beveger X-kromosomet seg nærmere sentrum etter epileptiske anfall.

Ingen vet om disse endringene i kjernekonstruksjonen utløser aldring og sykdom eller resultat av dem, eller begge deler. Under alle omstendigheter er det klart at "hvis du søler med [nukleær] arkitekturen, kan du få sykdom, sier Misteli. Det kan en dag være mulig å diagnostisere sykdommer og aldersrelaterte problemer bare ved å se på kjernefysiske stillbilder, legger han til.

Kanskje det største gjenværende mysteriet er hvordan kjernen blir organisert i utgangspunktet. Fungerer molekylære stillaser kjernefysiske bestanddeler på en deterministisk måte, eller påvirker genomeaktivitet posisjonering på en probabilistisk måte? Bevis støtter begge teorier, og Spector sier at RNA kan spille en viktig rolle. I løpet av mars identifiserte han og hans kolleger et RNA som bidrar til å strukturere kjernefysiske rom som kalles paraspeckles. Utvilsomt vil mekanismene som styrer nukleær organisasjon vise seg å være varierte og komplekse. Som Spector sier: "Ting i biologi har en tendens til ikke å være i svart og hvitt."

Merk: Denne artikkelen ble opprinnelig skrevet ut med tittelen "Nuclear Architecture."

Denne artikkelen ble opprinnelig utgitt med tittelen "Nuclear Architecture" i301, 4, 20-22 (oktober 2009)

OM AUTOREN (S)

Melinda Wenner er basert i New York City.

Siste nytt

Jetting deres vei til en bedre forståelse av global oppvarming30 under 30: Utforsk Stringteori for å finne ut hvordan ting fungererThe Green Apple: Hvordan kan byer tilpasse seg klimaendringer?Høyteknologi i 1867Venter på dyr: Casting East African Wildlife "i en tilstand av å være"En kraft å regne medBefolkning og bærekraft: Kan vi unngå å begrense antall personer?Europas flomforsinkelser til Soar innen 2050