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Gli scienziati del MIT scoprono come i cluster molecolari interagiscono con i cromosomi nel nucleo

Una cella memorizza tutto il suo materiale genetico nel suo nucleo, sotto forma di cromosomi, ma quello non è tutto che sia messo al sicuro dentro là. Il nucleo è egualmente a casa ai piccoli enti chiamati nucleoli -; cluster delle proteine e del RNA che contribuiscono a costruire i ribosomi.

Facendo uso delle simulazioni su elaboratore, i chimici del MIT ora hanno scoperto come questi organismi interagiscono con i cromosomi nel nucleo e come guida di quelle interazioni i nucleoli esiste come goccioline stabili all'interno del nucleo.

I loro risultati egualmente suggeriscono che le interazioni cromatina-nucleari dell'organismo piombo il genoma per intraprendere una struttura del tipo di gel, che contribuisce a promuovere le interazioni stabili fra il genoma e i machineries della trascrizione. Queste interazioni aiutano l'espressione genica di controllo.

Questo modello ci ha ispirati pensare che il genoma potesse avere funzionalità del tipo di gel che potrebbero aiutare il sistema per codificare i contatti importanti e la guida più ulteriormente traduce quei contatti in output funzionali.„

Recipiente Zhang, il professore associato di sviluppo di carriera di Pfizer-Laubach di chimica al MIT, membro associato di vasto istituto di Harvard e del MIT ed autore senior dello studio

Il dottorando Yifeng Qi del MIT è l'autore principale del documento, che compare oggi nelle comunicazioni della natura.

Modellistica delle goccioline

Molta della ricerca di Zhang mette a fuoco sulla modellistica della struttura tridimensionale del genoma e sull'analizzare come quella struttura influenza il regolamento del gene.

Nel nuovo studio, ha voluto estendere suo che modella per includere i nucleoli. Questi piccoli organismi, che ripartono all'inizio di divisione cellulare e poi riformano più successivamente nel trattamento, consistono di più di mille molecole differenti di RNA e di proteine. Una delle funzioni chiave dei nucleoli è di produrre il RNA ribosomiale, una componente dei ribosomi.

Gli studi recenti hanno suggerito che i nucleoli esistessero come goccioline liquide multiple. Ciò stava imbarazzando perché in condizioni normali, le goccioline multiple dovrebbero finalmente fondere in una grande gocciolina, per minimizzare la tensione superficiale del sistema, Zhang dice.

“Che è dove il problema ottiene interessante, perché nel nucleo, quelle goccioline multiple possono rimanere in qualche modo stabili attraverso un intero ciclo cellulare, più circa 24 ore,„ dice.

Per esplorare questo fenomeno, Zhang e Qi hanno usato una tecnica chiamata simulazione di dinamica molecolare, che può modellare come cambiamenti di sistema molecolari col passare del tempo. All'inizio della simulazione, le proteine ed il RNA che compongono i nucleoli si distribuiscono a caso in tutto il nucleo ed i cingoli di simulazione come formano gradualmente le piccole goccioline.

Nella loro simulazione, i ricercatori egualmente hanno incluso la cromatina, la sostanza che compone i cromosomi e le proteine dei incudes come pure il DNA. Facendo uso dei dati dagli esperimenti precedenti che hanno analizzato la struttura dei cromosomi, il gruppo del MIT ha calcolato l'energia di interazione di diversi cromosomi, che li hanno permessi di fornire le rappresentazioni realistiche delle strutture del genoma 3D.

Facendo uso di questo modello, i ricercatori potevano osservare come le goccioline dei nucleoli si formano. Hanno trovato che se modellassero le componenti nucleolar da sè, senza cromatina, finalmente avrebbero fuso in una grande gocciolina, come previsto. Tuttavia, una volta che la cromatina fosse presentata nel modello, i ricercatori hanno trovato che i nucleoli hanno formato le goccioline multiple, appena come fanno in celle viventi.

I ricercatori anche scoperti perché quello accade: Le goccioline dei nucleoli sono legate a determinate regioni della cromatina e quella accade una volta, la cromatina funge da resistenza che impedisce i nucleoli la fusione l'un l'altro.

“Quelle forze essenzialmente arrestano il sistema in quelle piccole goccioline e le ostacolano dal fondere,„ Zhang dice. “Il nostro studio è il primo per evidenziare l'importanza di questa rete della cromatina che potrebbe rallentare significativamente la fusione ed arrestare il sistema nel suo stato della gocciolina.„

Controllo del gene

I nucleoli non sono le sole piccole strutture trovate nel nucleo -; altri includono le macchioline nucleari e la lamina nucleare, una busta che circonda il genoma e può legare a cromatina. Il gruppo di Zhang ora sta lavorando a modellare i contributi di queste strutture nucleari ed i loro risultati iniziali suggeriscono che contribuiscano a dare i beni più del tipo di gel del genoma, Zhang dice.

“Questo accoppiamento che abbiamo osservato fra cromatina e gli enti nucleari non è specifico ai nucleoli. È generale ad altri organismi nucleari pure,„ dice. “Questa concentrazione nucleare dell'organismo cambierà fondamentalmente la dinamica dell'organizzazione del genoma e molto probabilmente girerà il genoma da un liquido verso un gel.„

Questo stato del tipo di gel lo renderebbe più facile per le regioni differenti della cromatina interagire a vicenda che se la struttura esistesse in uno stato liquido, dice. Il mantenimento delle interazioni stabili fra le regioni distanti del genoma è importante perché i geni sono gestiti spesso dagli allungamenti di cromatina che sono fisicamente distanti da loro.

La ricerca è stata costituita un fondo per dagli istituti nazionali di salubrità e delle fondamenta di Betty e di Gordon Moore.

Source:
Journal reference:

Qi, Y & Zhang, B., (2021) Chromatin network retards nucleoli coalescence. Nature Communications. doi.org/10.1038/s41467-021-27123-9.