每個人體細胞內都會發生特殊的分子組織。 DNA 必須包含在細胞核內，細胞核大約是人類頭髮寬度的 1/10，大約 6 英尺，但 DNA 必須足夠容易接近，以執行其基本功能。
為了實現這一點，DNA 纏繞在蛋白質周圍形成核小體。這些核小體像繩子上的珠子一樣連接起來，並折疊成染色質纖維。然後纖維被更緊密地包裹以適應細胞核。
了解 DNA 如何達到最緊湊的形式。
多年來，研究人員一直不知道這種非凡水平的染色質壓縮是如何發生的。 2019 年，HHMI 研究員 Michael Rosen 和他在 UT 西南醫學中心的團隊報告稱，實驗室中產生的核小體會自發組裝成稱為冷凝物的無膜液滴。他們發現這個過程是通過相分離發生的。這是類似於水中出現的油滴的現象。他們認為這反映了染色質在活細胞內如何凝結。
染色質凝聚物由數十萬個快速移動的分子組成。當它們聚集在一起時，它們表現出單個分子中不存在的新興特性。這些群體行為決定了凝結物如何形成以及凝結物的物理特性如何保持。
詳細了解這些功能。科學家需要觀察液滴深處的染色質纖維和核小體。
Rosen 的團隊與加州大學聖地亞哥分校的 HHMI 調查員 Elizabeth Villa 合作； Rosana Collepardo-Guevara，劍橋大學；霍華德休斯醫學研究所 (HHMI) 珍妮莉亞研究園 (Janelia Research Campus) 的於志恆 (Zhiheng Yu) 已經實現了這一目標。
高分辨率成像揭示液滴結構
使用 Janelia 的先進成像工具，研究人員記錄了迄今為止最詳細的視圖，了解分子在合成染色質凝聚物中的排列方式。這些圖像直接顯示了染色質纖維和核小體如何包裝成液滴狀結構。同樣的成像方法也被用來檢查真實細胞內的染色質。
通過將這些圖像與計算機模擬和光學顯微鏡相結合，該團隊分析了合成冷凝物內的分子結構和反應。這使他們能夠發現液滴的形成方式及其行為方式。
一項重要的發現是，核小體之間的連接 DNA 的長度影響整體結構排列。這種排列決定了染色質纖維如何相互作用並塑造凝聚物內的網絡。
這些特徵揭示了為什麼某些染色質纖維比其他染色質纖維更容易發生相分離。以及為什麼不同類型的染色質所形成的凝聚物因此具有不同的材料特性。研究人員還發現，合成的冷凝物與細胞中發現的壓縮染色質非常相似。
羅森說：“這項工作使我們第一次真正將單個分子的結構與其縮合的宏觀特性聯繫起來。” “我確信我們只是處於冰山一角。我們和其他人會想出更好的方法來發展介觀（中間）水平的結構和功能之間的關係。”
理解凝結的更廣泛的框架。
這些發現超出了染色質的範圍。這種方法為許多生物分子凝聚體的研究提供了模型。這些無膜液滴參與從基因調控到應激反應的基本細胞任務。
了解這些結構如何組裝和發揮作用可能有助於了解凝結被破壞時會發生什麼。這個問題被認為會導致多種疾病。從神經系統疾病到癌症
羅森實驗室博士後科學家、這項新研究的主要作者華斌周說：“進行這項研究將使我們更好地了解異常凝結如何導致各種疾病，並可能幫助我們開發新的疾病治療方法。”
