Nature子刊：蚊子的DNA可以为基因表达和调控提供线索

莱斯大学的研究人员发现，埃及伊蚊的DNA具有液晶的物理性质，这是在其他任何物种中都没有发现的独特特征，可以为控制基因表达和调节的因素提供新的线索。

　　

   

   

Vinícius Contessoto(左)和José Onuchic是上个月发表在《自然通讯》上的这项研究的主要合著者。    

图片来源:赖斯大学Gustavo Raskosky拍摄

当谈到DNA时，一只讨厌的蚊子被证明是物种中的叛逆者。

莱斯大学理论生物物理中心(CTBP)的研究人员是研究DNA新方法的先驱之一。他们不再关注染色体作为遗传密码的线性序列，而是在寻找染色体折叠的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。但是埃及伊蚊的染色体却违背了这种二元法则，这让CTBP的研究人员感到惊讶。埃及伊蚊是登革热、基孔肯雅热、寨卡病毒、玛雅罗病毒和黄热病等热带疾病的传播者。

据介绍，埃及伊蚊的染色体组织为流体导向的“液晶”，不同于所有其他物种．

“理解DNA是理解生命如何运作的关键。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。”

2021年由CTBP的一个团队共同领导并发表在《科学》杂志上的一项合作研究报告称，当细胞不分裂时，染色体显示出两种结构模式之一，细胞不分裂是细胞生命周期中被称为间期的阶段。

CTBP的研究科学家Vinícius Contessoto说:“在‘第2型’基因组结构中，比如在人类和鸡身上发现的那种，染色体形成了领地，不会混合在一起太多。”他是这项最新研究的主要合著者，也是2021年研究的合著者。

在间期期间，使“二型”染色体的活性部分和非活性部分彼此分离的力量仍然未知，其行为就像那些阻止油和水混合在一起的力量。

“在‘一类’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，将它们折叠成一个相互交织的发夹状结构，与端粒极化”José Onuchic说，Rice的Harry C.和Olga K. Wiess物理学和天文学教授，以及化学和生物科学教授。

“令我惊讶的是，尽管已经绘制了这么多不同的物种，但它们在很大程度上仍然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类。”

埃及伊蚊的基因组大约是人类基因组长度的一半，由6条大染色体组成，而人类则有46条。康索托说:“我们过去认为蚊子的染色体不会形成领地，但事实上它们确实形成了这些细长的领地。”

“在间期期间，‘二型’染色体是非常流动的，紊乱的东西聚集成液滴形状的区域”。

埃及伊蚊的染色体显示出流体特征，彼此分离，就像油和水的液滴一样。与此同时，它们被压实力部分压缩，这使它们具有不同寻常的形状，就像一个超长的足球，表明它们的一致性也类似于晶体。

此外，如果对一个普通的“二型”细胞核施加力，它就会变形，内部染色体的组织不会受到影响。“这就像戳一个水球——它会恢复到原来的形状。但是当我们戳蚊子细胞核时，里面的染色体模式发生了巨大的变化。”

Onuchic说:“这是‘1型’染色体结构的一个有趣特征，它表明存在一种可能的机制，将基因调控与细胞上的机械输入联系起来。”2020年，他和合作者证实了一种连接基因组结构和基因表达的机制的存在。

本研究由美国国家科学基金会资助(2019745,2210291,2019276,2021795);韦尔奇基金会(C-1792, Q-1866);德克萨斯州癌症预防和研究所;S?o Paulo State Research Foundation and Higher Education Personnel, and Higher Education Personnel Improvement Coordination (2016/13998- 8,2017 /09662-7);莱斯大学D.R.布拉德-韦尔奇教授(C-0016);麦克奈尔医学研究所学者奖;美国国立卫生研究院(UM1HG009375, RM1HG011016-01A1, R35GM146852);以及AMD高性能计算基金。

文章标题

Interphase chromosomes of the Aedes aegypti mosquito are liquid crystalline and can sense mechanical cues