Cercetătorii descoperă mecanisme cheie în evoluția structurii cromozomilor

Cercetătorii de la Universitatea Rice fac progrese semnificative în înțelegerea modului în care structurile cromozomiale se schimbă pe parcursul ciclului de viață al celulei. Studiul lor abordează procesele cinetice care influențează activ organizarea cromozomilor Se pare În Proceedings of the National Academy of Sciences.

„Această cercetare oferă o înțelegere mai profundă a modului în care procesele cinetice modelează structurile cromozomiale și influențează funcțiile celulare”, a spus Peter Wollens, coautor al studiului și profesor de știință al Fundației Dr. Pollard Welsh. Wollens este, de asemenea, profesor de chimie, științe biologice, fizică și astronomie și co-director al Centrului de Biofizică Teoretică (CTBP).

Cercetarea prezintă două tipuri de modele de lanț în mișcare: motoare plutitoare și motoare încurcate. Aceste motoare joacă roluri distincte în manipularea structurii cromozomilor.

Motoarele de înot, similare cu ARN polimerazele – enzime care transcriu secvențele de ARN în ARN – ajută fibrele cromatinei să se extindă și să se contracte pe măsură ce genele sunt decodificate. Motoarele de retractare aduc împreună părțile îndepărtate ale fibrelor de cromatină, creând conexiunile pe distanță lungă necesare pentru a menține cromozomul liber de noduri.

Proteinele motorii, care consumă energie chimică, joacă un rol esențial în modelarea structurii cromozomilor. Cercetătorii au explorat modul în care aceste proteine ​​afectează lanțurile polimerice ideale.

Cercetătorii au descoperit că motoarele de înot pot declanșa fie contracție, fie expansiune, în funcție de forțele exercitate. În schimb, motoarele de constrângere produc efecte stabile pe termen lung, în concordanță cu modelele observate în experimentele Hi-C, care determină interacțiunile cromatinei în nucleul celulei în timpul interfazei, o fază a ciclului celular când celula nu se mai împarte și cromozomii se dezasambla și răspândit în tot Nucleus. Motoarele care fac acest lucru sunt deosebit de slabe și se pot bloca cu ușurință atunci când formează bucle, așa că cercetătorii au căutat o modalitate de a le accelera.

„Acest studiu este remarcabil pentru utilizarea modelării teoretice a reglării lanțului cromozomilor de către proteinele motorii”, a spus Chi-Yu Cao, coautor al studiului și student absolvent al CTBP.

Folosind o abordare mecanică statistică, cercetătorii au creat o descriere auto-consistentă care prezice distribuția spațială a probabilităților de extrudare a inelului. Acest model a rezolvat modul în care răspunsurile motorii depășesc forțele exercitate de caderea aleatorie a ADN-ului, astfel încât să poată continua să efectueze împachetarea necesară pentru a se potrivi șirul lung de cromozomi în nucleul celulei microscopice.

Organizarea tridimensională a cromozomilor afectează procesele biologice vitale, cum ar fi replicarea ADN-ului și diferențierea celulelor în timpul dezvoltării embrionare.