莱斯大学的研究人员在理解染色体结构在细胞生命周期中如何变化方面取得了进展。他们关于积极影响染色体组织的机动过程的研究发表在《国家科学院院刊》上。

“这项研究让我们更深入地了解了机动化过程如何塑造染色体结构并影响细胞功能，”研究合著者、DR Bullard-Welch 基金会科学教授Peter Wolynes说道。Wolynes 还是化学、生物科学、物理学和天文学教授，也是理论生物物理中心 (CTBP) 的联合主任。

该研究介绍了两种类型的动力链模型：游泳马达和抓握马达。这些马达在操纵染色体结构方面发挥着不同的作用。

游泳马达类似于 RNA 聚合酶(将 DNA 序列复制到 RNA 中的酶)，在基因解码时帮助扩张和收缩染色质纤维。抓取马达将染色质纤维的远距离片段聚集在一起，形成长距离关联，这是保持染色体结不断裂所必需的。

马达蛋白会消耗化学能，在塑造染色体结构方面起着关键作用。研究人员探索了这些蛋白质如何影响理想的聚合物链。他们发现，游泳马达可以导致收缩或扩张，具体取决于施加的力。相比之下，抓取马达会产生一致的长距离效应，与 Hi-C 实验中看到的模式一致，该实验识别了间期细胞核中染色质的相互作用，间期是细胞周期的一个阶段，此时细胞不分裂，染色体解聚并散布在整个细胞核中。执行此操作的马达特别弱，在形成环路时很容易失速，因此研究人员寻找一种方法来加速它们。

“这项研究值得注意的是它使用了运动蛋白对染色体链组织的理论模型，”研究合著者、CTBP研究生曹志宇说。

研究人员利用统计力学方法创建了一个自洽描述，可以预测环挤压概率的空间分布。该模型解决了如何克服马达对随机翻滚的 DNA 施加的力的响应，以便它们仍能进行将长链染色体装入微观细胞核所需的包装。

染色体的三维组织影响重要的生物过程，例如 DNA 复制和胚胎发育时的细胞分化。

这项研究得到了莱斯大学 Bullard-Welch (拨款 C-0016) 和美国国家科学基金会 (拨款 PHY-2019745) 赞助的理论生物物理中心的支持。