以細胞週期角度來看 染色體重組與疾病的關聯性

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細胞在有絲分裂(mitosis)期間,會分裂成二個子細胞。此時幾乎所有基因都暫時關閉,而且染色體物質中的複雜結構被破壞。接著,生成的二個子細胞進行重建其複雜的染色質結構。然而,卻鮮少有科學家研究染色體重組的機制。

近日,由美國費城兒童醫院兒科血液學 Frank E. Weise III 特聘教授 Gerd A. Blobel 博士及其研究團隊刊登於《Nature》的一篇研究揭露,細胞核及其染色體物質在細胞分裂後自我重新組裝的關鍵機制和結構細節。

該研究團隊使用高通量染色體構像攫取法(high throughput chromosome conformation capture, Hi-C)檢測「成熟小鼠造血細胞的染色體 DNA 在細胞週期的不同時間點的 3D 和特定位點的交互作用」,然後建立圖譜。結果顯示,在有絲分裂期間以及之後的子細胞核重建過程中,他們檢測到大約 20 億次交互作用,包含染色質中結構的形成、轉錄活性區室和轉錄沉默區室的出現和擴展、在基因組調節區域之間建立聯繫,將有助於塑造染色體結構蛋白 CTCF 和黏蛋白(cohesin)的變化。

另外,他們不僅描述細胞生物學中的關鍵過程外,還深入研究「染色質結構和基因轉錄之間的複雜交互作用」。結果顯示,轉錄在有絲分裂期間暫時停止,但在有絲分裂之後會在子細胞中重新活化。

Blobel 博士提到:「本研究結果是從細胞週期的角度來觀察染色質結構異常與疾病之間的關聯性。」費城兒童醫院和其他研究團隊也著手研究黏蛋白染色體異常與遺傳性狄蘭氏症候群(Cornelia de Lange Syndrome)之間的關聯性。該病主要特徵為出生體重小、生長遲緩、身材矮小、長眉、一字眉、睫毛長、短而上翻的鼻子、細而下翻的嘴唇,以及四肢手指缺陷。

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參考資料:
1. Nature. 2019 Dec;576(7785):158-162. doi: 10.1038/s41586-019-1778-y.
2. https://phys.org/news/2019-12-scientists-chromosomes-cell-division.html
3. http://www.tfrd.org.tw/tfrd/rare_b/view/id/134

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