蚊子的DNA可以提供基因表达和调控的线索

当谈到DNA，一只讨厌的蚊子竟然是物种中的叛逆者。

莱斯大学理论生物物理中心(CTBP)的研究人员是研究DNA的新方法的先驱之一。他们没有将染色体作为遗传密码的线性序列，而是在寻找有关其折叠的3D形状如何决定基因表达和调控的线索。

对于大多数生物来说，它们的线状染色体以两种方式之一折叠以适应细胞核内。但是埃及伊蚊的染色体 - 负责登革热，基孔肯雅热，寨卡，马亚罗和黄热病等热带疾病的传播 - 无视这种二分法，让CTBP的研究人员感到惊讶。

埃及伊蚊的染色体组织成流体但定向的“液晶”，与所有其他物种不同，根据他们发表在Nature Communications上的研究。

“了解DNA是理解生命如何运作的关键，”赖斯理论物理学家Peter Wolynes说，他是该研究的合著者。“我们才刚刚开始了解染色体的3D结构如何影响基因组的功能。

由CTBP的一个团队共同领导并发表在《科学》杂志上的一项2021年合作研究报告称，当细胞不分裂时，染色体表现出两种结构模式之一，即细胞生命周期中的阶段，称为间期。

CTBP研究科学家Vinícius Contessoto说：“在'二型'基因组结构中——例如在人类和鸡中发现的那种——染色体形成领地，不会混合那么多，”CTBP研究科学家Vinícius Contessoto说，他是最新研究的主要合著者，也是2021年研究的共同作者。

在间期期间保持“二型”染色体的活跃和非活跃部分彼此分离的未知力的行为类似于阻止油和水混合在一起的力量。

“在'第一型'结构中，就像在酵母或许多植物中发现的那样，被称为着丝粒的染色体区域聚集在一起，将它们折叠成相互交织的发夹状结构，用端粒极化，”何塞·奥努奇说，赖斯的哈里C.和奥尔加K.威斯物理学和天文学教授，化学和生物科学教授。

“令我惊讶的是，即使已经绘制了这么多不同的物种，它们仍然在很大程度上属于这两个不同的类别之一，”Wolynes说。“埃及伊蚊是第一个真正的异常值。

埃及伊蚊的基因组大约是人类基因组长度的一半，被组织成六条大染色体，而不是人类的46条。“我们曾经认为蚊子的染色体没有形成领土，但实际上它们确实形成了这些细长的领土，”Contessoto说。

“在间期，'二型'染色体真的是非常流动的，无序的东西聚成液滴形区域，”赖斯的布拉德 - 韦尔奇基金会科学教授，化学教授，生物化学和细胞生物学，物理学和天文学，材料科学和纳米工程教授，CTBP联合主任Wolynes说。

埃及伊蚊的染色体显示出液体特征，像油和水的液滴一样彼此分离。同时，它们被压实力部分凝结，这使它们具有不寻常的形状，像一个超长的足球一样定向，这表明它们的稠度也类似于晶体。

此外，如果对常规的“二型”细胞核施加力并且它变形，则内部染色体的组织不受影响。“这就像戳一个水气球——它恢复到原来的形状。但是当我们戳蚊子细胞的细胞核时，里面的染色体模式发生了巨大变化，“Onuchic说。

“这是'一型'染色体结构的一个有趣特征，表明可能存在将基因调控与细胞机械输入联系起来的机制，”Onuchic说。2020年，他和合作者证实了将基因组结构与基因表达联系起来的机制的存在。

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