Search
חשיפת המנגנון המולקולרי האחראי להפרעות מוצלבות במהלך המיוזה

מחקר מגלה כיצד תהליכים ממונעים מעצבים את התפתחות מבנה הכרומוזומים

חוקרים מאוניברסיטת רייס מתקדמים בצעדי הבנה כיצד מבני כרומוזומים משתנים לאורך מחזור החיים של התא. המחקר שלהם על תהליכים ממונעים המשפיעים באופן פעיל על ארגון הכרומוזומים פורסם ב- הליכים של האקדמיה הלאומית למדע.

"מחקר זה מספק הבנה עמוקה יותר של האופן שבו תהליכים ממונעים מעצבים מבני כרומוזומים ומשפיעים על תפקודים תאיים", אמר פיטר וולינס, מחבר שותף במחקר ופרופסור למדע של קרן DR Bullard-Welch. וולינס הוא גם פרופסור לכימיה, מדעי ביו, פיזיקה ואסטרונומיה ומנהל שותף של המרכז לפיזיקה ביולוגית תיאורטית (CTBP).

המחקר מציג שני סוגים של דגמי שרשרת ממונעים: מנועי שחייה ומנועי גראפלינג. מנועים אלה ממלאים תפקידים ברורים במניפולציה של מבנה הכרומוזומים.

מנועי שחייה, בדומה לפולימראזות RNA -; אנזימים המעתיקים רצפי DNA ל-RNA -; לעזור להרחיב ולכווץ את סיב הכרומטין בזמן פענוח הגנים. מנועי חבטה מפגישים מקטעים מרוחקים של סיבי כרומטין יחד, ויוצרים מתאמים ארוכי טווח הדרושים כדי לשמור על קשר הכרומוזום נקי.

חלבונים מוטוריים, הצורכים אנרגיה כימית, הם מכריעים בעיצוב הארכיטקטורה של הכרומוזומים. החוקרים חקרו כיצד חלבונים אלה משפיעים על שרשראות פולימר אידיאליות. הם מצאו שמנועי שחייה יכולים להוביל לכיווץ או להתרחבות בהתאם לכוחות המופעלים. לעומת זאת, מנועי גראפינג מייצרים אפקטים עקביים לטווח ארוך, המתיישרים עם הדפוסים הנראים בניסויי Hi-C, המזהים אינטראקציות של כרומטין בגרעין התא במהלך האינטרפאזה, שלב במחזור התא כאשר התא אינו מתחלק והכרומוזומים מתעבים. ומתפשט בכל הגרעין. המנועים שעושים זאת חלשים במיוחד ונתקעו בקלות בעת יצירת לולאות, ולכן החוקרים חיפשו דרך להאיץ אותם.

מחקר זה בולט בשימוש שלו במודלים תיאורטיים של ארגון שרשרת הכרומוזומים על ידי חלבונים מוטוריים."

Zhiyu Cao, שותף ללימודים וסטודנט לתואר שני ב-CTBP

תוך שימוש בגישה של מכניקה סטטיסטית, החוקרים יצרו תיאור תואם את עצמו החוזה את ההתפלגות המרחבית של הסתברויות שחול לולאה. מודל זה פתר כיצד ניתן להתגבר על תגובות המנועים לכוחות המופעלים על ידי ה-DNA המתגלגל באקראי, כך שהם עדיין יכולים לבצע את האריזה הדרושה כדי להתאים את השרשרת הארוכה של הכרומוזומים לגרעין התא המיקרוסקופי.

הארגון התלת מימדי של הכרומוזומים משפיע על תהליכים ביולוגיים חיוניים כמו שכפול DNA והתמיינות תאים עם התפתחות העוברים.

מחקר זה נתמך על ידי הקתדרה של Bullard-Welch ב-Rice (מענק C-0016) והמרכז לפיזיקה ביולוגית תיאורטית בחסות הקרן הלאומית למדע (מענק PHY-2019745).

דילוג לתוכן