细胞核内遗传物质的空间排列在生物体的发育中起重要作用。巴塞尔大学的一个研究小组与哈佛大学的科学家合作，开发了一种追踪单个细胞中染色体的方法。使用这种方法，他们现在已经能够证明染色体在胚胎发育过程中会重组。该研究最近发表在《分子细胞》上。
我们的身体由功能最多样化的各种细胞组成。但是，无论是心脏，肝脏还是神经细胞，它们都包含相同的遗传信息。细胞发育不同的原因是仅读取其染色体的一部分。这导致某些基因处于活跃状态，而另一些则处于沉默状态。
对于基因激活，基因的包装方式以及它们在细胞核中的空间组织都起着决定性的作用。巴塞尔大学Biozentrum的Susan Mango教授团队现在对这种3D架构进行了更深入的研究。使用一种新技术，他们能够在线虫的胚胎发育过程中追踪单个染色体，并显示它们在早期阶段会重新排列自身。
染色体排列不是随机的
如果伸展开来，细胞的所有DNA分子的长度将达到两米左右。因此，必须将DNA紧密包装，以适合仅几微米大小的细胞核。 DNA链非常紧密地盘绕并扭曲形成了节省空间的结构，称为染色体。染色体DNA的包装和排列决定了基因的活性。
在研究中，以苏珊·芒果（Susan Mango）教授为首的研究人员追踪了单个染色体，并研究了它们在早期胚胎发育过程中的组织。线虫秀丽隐杆线虫的胚胎细胞充当模型。 “使用一种新技术，我们能够在胚胎发生开始时追踪单个细胞中染色体的空间重排，” Mango说。 “这种方法的优点是细胞和组织完全保持完整。”
早期染色体类似于杠铃
众所周知，具有相似功能特性的染色体区域相互接触并相互作用。这意味着染色体结构域分为活动和不活动两个部分。该研究的第一作者艾希拉·索（Ahilya Sawh）说：“然而，在早期胚胎发生过程中，染色体的组织方式不同。 “在早期的胚胎中，它们被组织成一个非常规的杠铃状结构，其非活性区室被中央活性区隔开。”研究人员发现，要实现这种杠铃排列，就需要核层板（位于细胞核内表面的蛋白质网）。层板附着在非活动部分并拉伸染色体。
染色体在胚胎发生过程中重组
芒果解释说：“只有在胚胎发育的后期阶段，当胚芽层发育时，我们实际上才看到众所周知的分离成一个活跃和不活跃的区域。” “使用染色体追踪，我们能够绘制整个3D染色体结构图，并首次显示出染色体在早期发育过程中会发生重排，而成熟过程需要核层。”
染色体的重组伴随着细胞的成熟，代表了复杂生物体发展的里程碑。正确的染色体结构对于预防发育障碍至关重要。
