Die Anwendung der Goldilocks-Prinzip, um die DNA-Struktur: die Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler betrachten Sie die form, die möglicherweise ‚genau richtig‘ für scripting-gen-expression

Der Goldilocks von fairy-tale fame wusste etwas über den Brei. Es musste genau die richtige sein-weder zu heiß noch zu kalt. Gleiche mit den Möbeln-weder zu hart noch zu weich. In einem anderen Kontext, Wissenschaftler an der UC San Diego etwas wissen über DNA. Sie wissen, dass die Stränge von unserem genetischen code, die, wenn verlängert, Messen zwei Meter, oder etwa sechs Meter. Sie wissen auch, dass die Stränge Falten und verschieben innerhalb der Zellkern die Größe von etwa einem Hundertstel millimeter. Aber Sie weiß nicht, wie und in welchem Zustand der Materie dies der Fall, so beschlossen Sie, zu prüfen.

Inspiriert von Ideen aus der Physik der Phasenübergänge und polymer-Physik, Forscher in den Bereichen der Physikalischen und Biologischen Wissenschaften bei UC San Diego ausdrücklich zu bestimmen, die Organisation der DNA im Kern einer lebenden Zelle. Die Ergebnisse Ihrer Studie, die kürzlich in Nature Communicationslegen nahe, dass die phase Zustand der genomischen DNA ist „genau richtig“ – ein gel bereit, an der Grenzfläche zwischen gel und sol, die fest-flüssig-Phasenübergang.

Denken Sie an pudding, panna cotta-oder auch Brei. Die Konsistenz dieser Kostbarkeiten werden muss, genau das richtige zu sein, im Idealfall genossen. Genauso wie der „sol-gel“ – phase übergang, laut den Wissenschaftlern, scheint genau das richtige für die Erklärung der Zeitpunkt der genomischen Interaktionen, die diktieren, gen-expression und somatischen Rekombination.

„Dieser Befund weist auf eine Allgemeine physikalische Prinzip der chromosomalen Organisation, die hat wichtige Auswirkungen für viele wichtige Prozesse in der Biologie, aus der Antikörper-Produktion zu Gewebe-Differenzierung,“ sagte Olga Dudko, ein theoretischer Biophysiker und professor in der Abteilung für Physik an der UC San Diego, der zusammen mit Kollege Cornelis Murre, distinguished professor in der Sektion für Molekularbiologie, auf der Studie.

Zusammen mit Dudko der ehemalige student Yaojun Zhang, jetzt ein Postdoktorand an der Princeton, und Murre ist Postdoc-Stipendiat Nimish Khanna, die das team gesammelt und analysiert Daten, die auf DNA-motion-innen Leben Säuger-B-Zellen von Mäusen zu verstehen, wie remote-Genom-Interaktionen generieren einen vielfältigen pool von Antikörpern durch das adaptive Immunsystem.

Säugetiere, wie Nagetiere und Menschen, immunoglobin-gen-Segmente in Gruppen angeordnet, variable (V), diversity (D) und joining (J) Segmente. Diese V -, D-und J-Segmente nach dem Zufallsprinzip kombinieren, durch den Prozess der somatischen Rekombination. Dies geschieht vor antigen-Kontakt und während der B-Zell-Entwicklung in der immun system der lymphatischen Gewebe oder Knochenmark. Diese zufällige genetische Interaktionen unterschiedliche protein-codes, die bis match mit Antigenen, die Aktivierung von Lymphozyten.

Dabei untersuchten die Wissenschaftler die vielfältigen Wechselwirkungen zwischen V-und DJ-gensegmenten. Während, wie genau diese Wechselwirkungen auftreten, ist noch unbekannt, die UC San Diego Forscher entwickelten eine Strategie zu verfolgen, V und DJ motion in B-Lymphozyten. Sie fanden heraus, dass V und DJ-Segmente waren gefangen in Konfigurationen erlaubt, dass die lokale Bewegung nur — in anderen Worten, die Segmente blieben räumlich proximalen wenn Sie wurden zunächst in der Nähe oder Sie getrennt geblieben, wenn Sie wurden zunächst räumlich Fernen. Die Forscher beobachteten auch, innerhalb einer Untergruppe von Zellen, abrupte änderungen in V und DJ motion, plausibel, verursacht durch zeitliche Veränderungen im chromatin.

Durch den Vergleich von experimentellen und simulierten Daten, die Wissenschaftler kamen zu dem Schluss, dass die eingeschränkte Bewegung ist, die durch ein Netzwerk von cross-linked chromatin-Ketten oder ein Netz von Brücken zwischen den DNA-Strängen, die charakteristisch sind für eine gel-phase. Doch das Ausmaß dieser Querverbindungen ist „genau richtig“ zu Haltung der DNA in der Nähe des sol-phase-flüssige phase beschreibt eine Lösung von uncross-verknüpften Ketten.

Dieses Muster vorgeschlagen, um die Wissenschaftler, dass eine bestimmte organisatorische Prinzip der genomischen DNA vorhanden ist — Nähe zu den sol-gel-phase übergangs — die erklärt, wie das Genom kann gleichzeitig besitzen Stabilität und Reaktionsfähigkeit innerhalb des Zellkerns.

Diese Ergebnisse zeigen, dass die Verpackung Muster der DNA in einem Zellkern hat Folgen für eine Zelle Schicksal-ob Sie live oder erkrankte Zelle.

„Wir haben strenge Theorien aus der Physik — abstrakte Prinzipien und mathematischen Gleichungen. Wir haben Zustand-von-die-Kunst-Experimente zur Biologie-innovative tracking-gen-Segmente in der live-säugetier-Zelle Kerne“, erklärte Zhang. „Es ist wirklich erstaunlich und begeistert mich, wenn die beiden Aspekte verschmelzen in sich schlüssig in eine Geschichte, wo die Physik ist nicht nur ein Werkzeug zur Beschreibung der Dynamik von gen-Segmenten, aber hilft bei der Ermittlung der körperliche Zustand der Genom -, weiter-und wirft ein Licht auf die Auswirkungen der physikalischen Eigenschaften dieser Staat auf seine biologische Funktion.“