压力和流体动力学：科学家揭示基因组的新组织原理

包括加州大学圣地亚哥分校机械工程师在内的一组科学家揭示了物理原理 - 一系列力和流体动力学流 - 有助于确保生命蓝图的正常运行。

它的发现提供了对基因组的见解，同时可能提供一种新的方法来发现与发育障碍和人类疾病相关的基因组畸变。

“基因组如何在细胞核内组织和包装直接影响其生物学功能，但该组织背后的物理原理远未被理解，”纽约大学物理系副教授Alexandra Zidovska解释说，该论文的作者发表在《物理评论X》(PRX)杂志上。“我们的研究结果为细胞核内基因组组织的生物物理起源提供了基本的见解。

“这些知识对于理解基因组的功能至关重要，”加州大学圣地亚哥分校机械与航空航天工程系教授、该论文的作者David Saintillan补充道。

“我们的研究结果显示了物理学在基因组组织及其功能中的关键作用，”纽约大学库朗数学科学研究所教授，Flatiron Institute研究员，该论文的作者Michael Shelley观察到。

该团队还包括加州大学圣地亚哥分校的博士生Achal Mahajan和该论文的第一作者，以及前Flatiron Institute计算生物学中心的Wen Yan，专注于核质的作用 - 基因组浸入其中的流体 - 以及驱动其组织的力量。

具体来说，科学家们检查了在细胞核中起作用的酶施加在染色体材料或染色质上的力。在这里，这些力启动过程，例如转录，并以影响染色质空间排列的方式起作用。

这种组织影响生物功能。但是，尽管这个过程在传递遗传信息方面起着至关重要的作用，但其背后的物理学是不透明的。

为了更好地理解这种动态，科学家们专注于基因组的区室化，即其主要部分，即真染色质和异染色质。真染色质主要含有活跃的转录基因，这些基因驱动表达;异染色质含有沉默的基因，因此不会在细胞中表达。

为了捕捉这一点，他们创建了一个计算机建模系统，通过一系列模拟复制了这个过程。在他们的模型核中，23条染色质纤维 - 人类基因组中的染色体数量 - 被建模为软链并填充到充满液体的球体中。每条链被分为活性区域或真染色质和被动异色区域。

他们发现，当活性作用在染色质纤维上时，它们会在周围的流体中产生流动，进而影响周围染色质的运动和定位。这些力推动真色部分并驱动导致基因组重大空间重排的流动，特别是导致异染色质区室的形成。

“正色或活性部分将异色或非活性部分推开并将它们聚集在一起，”Zidovska解释说。“这就是细胞有效储存非活性基因的方式。

“这对我们的健康至关重要 - 如果这个过程出错，生物体就无法正常形成，并可能导致发育障碍和其他疾病，例如癌细胞的发展。

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