一项揭晓在《自然通讯》期刊上的研究效果发明了基因活性、基因组打包与全基因组运动之间的惊人联系，展现了直接影响基因调控和表达的基因组组织的各个方面，进一步加深了我们对单基因运动背后力学的明确。
“基因组因基因转录驱动的单基因运动而被‘搅动’，”纽约大学物理学教授、该研究的资深作者Alexandra Zidovska诠释道。“基因是否被读取，会导致其运动方法的差别，从而引发人类基因组的重大、类似湍流的运动。明确基因在细胞核内的运念头制，可能是解开基因组在差别状态下体现的要害。”
人类基因组的DNA长度达两米（约六英尺半），却细密包裹在直径仅10微米的细胞核内，相当于DNA长度的十万分之一。DNA分子承载着所有细胞活动所需的信息，基因作为信息单位，会在差别的时间被读取并处置惩罚。当基因被读取时，分子机械会靠近它，并将其信息转录成mRNA分子，这一历程称为转录。
图片链接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1045909
图片信息：人类细胞核中基因组（绿色）和单个基因（品红色）的可视化，基因组运动由箭头绘制，基因轨迹示例突出显示为彩色曲线。
Zidovska及其团队此前已经发明，基因组在细胞核中会爆发大宗的“搅动”或运动，导致其重新组织和定位。
然而，这些运动的因由至今尚未完全明确�？蒲Ъ彝撇�，由三磷酸腺苷（ATP）分子提供能量的分子马达可能是运动的驱动力。这些马达作用于DNA，进而引发DNA及其周围的核质——即其周围的流体——的运动。但更普遍的物理机制仍不清晰。
基于此，Zidovska和她的团队将重点放在RNA聚合酶II上，它认真转录，也是细胞核内最富厚的分子马达之一。当基因活跃、即正在被转录时，相关分子机械在处置惩罚历程中会对DNA施加作用力。
在这项研究中，研究职员探讨了单个活跃转录基因的运动怎样影响其周围基因组的运动。为此，研究团队使用CRISPR手艺对单个基因举行荧光标记，使用双色高区分率活细胞显微镜手艺可视化这些标记基因的运动，并使用位移相关光谱手艺（DCS）映射整个细胞核中的基因组流动。通过对高区分率图像数据举行物理和数学剖析，研究展现了基因在细胞内运动的全新物理图景。
研究职员首先视察了基因处于非活跃状态时的运动，然后通过“启动”这些基因，视察它们活跃后运动方法的转变。同时，团队使用DCS映射周围基因组的流动，监测基因激活前后基因组在整个细胞核中的运动情形。
研究发明，活跃的基因确实对基因组的搅动运动爆发影响。通过同时映射单基因和基因组规模内的运动，研究批注基因组的紧凑水平会影响单个基因的运动孝顺。详细而言，运动相关性剖析批注，在紧凑度较低的区域，单个活跃基因推动基因组的运动；而在紧凑度较高的区域，无论基因是否活跃，都是基因组驱动基因的运动。
“通过展现基因活性、基因组紧凑性和基因组规模运动之间的意外联系，这些发明展现了基因组时空组织中的一些方面，这些方面直接影响着基因的调控和表达，”Zidovska体现。
“这项研究为我们提供了有关活跃生命系统物理学的新看法，”她指出。“通过展现人类基因组等活跃生命系统的涌现行为，它为我们带来了新的物理学知识。”
杂志：Nature Communications
DOI：10.1038/s41467-024-51149-4
