研究职员通过光的作用 ，找到了重新排列生命基本结构的方法 ，将DNA链折回自身 ，展现了基因组的物质属性。
恒久以来 ，科学家一直在争论染色体的物理特征——染色体是细胞深处由长链DNA细密纠葛在数百万个卵白质上形成的结构。它们更像液体、固体 ，照旧介于两者之间的状态？许多关于疾病明确和治疗的重大希望都依赖于这一问题的谜底。
普林斯顿大学的一个研究团队现在开发出一种新要领 ，可以探测染色体并量化其机械特征：需要多鼎实力才华移动染色体的某些部分 ，以及它恢复到原始位置的能力。凭证他们的研究效果 ，染色体在某些方面体现得像弹性子料 ，而在其他方面则体现得像流体。通过准确使用这些看法 ，研究团队能够以全新且高度可控的方法操控DNA。
他们的研究效果已于8月20日揭晓在《细胞》期刊上。
“这里爆发的事情真的令人难以置信 ，”普林斯顿大学化学与生物工程系教授、Omenn-Darling生物工程研究所主任、该研究的首席研究员Cliff Brangwynne说道。“基本上 ，我们把液滴酿成了细小的‘手指’ ，在活细胞内拨动基因组的‘琴弦’。”
这种新要领的要害在于研究职员能够在细胞核内天生细小的类似液滴的结构。这些液滴像油在水中一样形成 ，并在袒露于特定波长的蓝光时逐渐变大。由于液滴的形成是通过可编程卵白——一种经由刷新的、用于基因编辑工具CRISPR的卵白质实现的 ，它们还能准确地附着在DNA的特定位置 ，靶向特定基因。
图片链接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1041370
图片信息：研究职员开发了一种可以使用光弯曲 DNA 链的工具。这项事情代表了一种探测基因组的新要领。这里显示的来自一项不相关的研究 ，是人类细胞核内的染色体（蓝色）。
借助这种光控手艺 ，研究团队找到了一个要领 ，能够使附着在差别DNA序列上的两个液滴生长、融合 ，最终缩小融合后的液滴 ，随着液滴的缩短将基因拉近。这整个历程约莫需要10分钟。
研究职员使用凝聚体（绿色）将DNA链的两个部分拉近 ，使它们能够接触。插图由Wright Seneres绘制。
研究职员指出 ，以这种方法物理地重新定位DNA代表了一种全新的细胞工程偏向 ，有望改善康健状态 ，并可能带来新的疾病治疗要领。例如 ，他们展示了可以将两个相距甚远的基因拉到一起 ，直到它们接触。现有理论展望 ，这可能会带来对基因表达或基因调控——生命最基本历程——的更大控制。
基因组的质料科学
DNA分子结构犹如一条长长的双螺旋链。在活细胞中 ，这条长链纠葛在特殊卵白质上 ，形成一种称为染色质的物质 ，而染色质则进一步盘绕 ，形成染色体。若是将这些染色体解开并拉直 ，一小我私家的所有染色体长度加起来约有六英尺半。人类细胞必需将23对染色体（统称为基因组）压缩进每个细胞的细胞核中 ，因此需要细密土地绕。
由于DNA既是信息的载体 ，又是一种物理分子 ，细胞需要解开细密盘绕的DNA部分 ，才华复制信息并合成卵白质�；蜃橹懈菀妆泶锏那蛟谖锢砩辖衔尚� ，且更容易翻开；而那些默然的区域则更为细密盘绕 ，因此细胞更难睁开并读取这些区域。这就像一本说明书 ，有些页面比其他页面更容易掀开。
研究团队的成员包括博士后学者Amy R. Strom和刚刚获得博士学位的Yoonji Kim ，他们通过凝聚体——一种液态的小滴——完成了弯曲和移动DNA链的事情。
虽然科学已知的某些细胞因素像胰子泡一样 ，有一层膜将其内外离隔 ，但凝聚体更像雨滴般的液滴 ，它们没有膜相隔 ，能像水滴一样融合。形成并完成细胞功效后 ，凝聚体可以再次疏散。
为了更详细地研究染色质 ，Strom和Kim基于Brangwynne实验室之前的研究 ，使用激光束通详尽胞中的生物分子来创立并融合液滴。在这项新研究中 ，他们引入了一个附加组件 ，将凝聚体附着到DNA链的特定位置 ，并通过外貌张力指导它们的快速、精准移动 ，这种实力也被称为毛细作用力 ，而普林斯顿的研究职员曾提出这种实力在活细胞中可能普遍保存。此前 ，移动DNA依赖于随机的相互作用 ，可能需要数小时甚至数天时间。
“我们以前从未能在云云短的时间内对细胞核内的结构举行云云准确的控制 ，”Brangwynne说道。
类似CRISPR但有所差别
现在 ，他们可以以这种受控的方法移动DNA链 ，接下来他们将研究这些基因在新位置是否会以差别方法表达。这关于深入明确基因表达的物理机制和基因表达的质料科学可能具有主要意义。
Strom体现 ，科学家以前通过从外部施加压力来丈量细胞核的刚度 ，也可以视察单个基因的开启或关闭状态。但关于介于两者之间的历程 ，sunbet明确还不敷深入。
“我们可以使用这项手艺绘制出细胞核内部的动态地图 ，从而更好地明确像癌症这样的疾病何时以及怎样导致细胞核的失协调杂乱 ，”Strom说道。
这一新工具将资助研究职员更好地明确基因表达 ，但它并不必于编辑DNA。“sunbet工具现实上并不会像CRISPR那样切割DNA序列 ，”Kim说道。
“CRISPR很是适适用于那些需要切割和改变DNA序列的疾病 ，”Strom说道。“而这项手艺可能适用于另一类疾病 ，尤其是与卵白质失衡有关的疾病 ，如癌症。”
“若是我们可以通过重新定位基因来控制其表达量 ，”Strom说道 ，“那么sunbet工具在未来可能会带来新的治疗可能性。”
杂志：Cell
DOI：10.1016/j.cell.2024.07.034
