来自NRC Kurchatov研究所分子遗传学研究所的研究人员已经阐明了果蝇生殖细胞在精子发育的两个早期阶段之间转化的基因激活背后的机制。类似的机制使得我们身体中的细胞——肌肉、神经、肝脏等——彼此不同，也许也不同于生病的细胞。该团队的发现发表在《核酸研究》杂志上，指出了DNA的形状如何调节基因活跃。这些发现是向阐明与DNA包装有关的疾病机制及其原因迈出的一步。

除非你有不寻常的遗传状况或器官移植，否则你体内所有的细胞除了生殖细胞外都携带相同的DNA。使脑细胞的外观和行为有别于心脏细胞的是DNA中的一组特定基因，它们根据组织类型和发育阶段而被激活。

这种所谓的基因调控背后的机制尚不清楚，但科学家们怀疑这与DNA在细胞核内的包装方式有很大关系。“DNA是一个2米长的分子，挤在一个直径约100毫米的细胞核中。根据DNA假设的特定3D结构，携带不同基因的区域要么被蛋白质激活，要么被埋没在没有蛋白质到达的地方，使它们处于不活跃状态，”Skoltech助理教授Ekaterina Khrameva解释道。

如果DNA包装是细胞调节活性基因的方式，那么不正常的包装会导致失调和疾病。她继续说:“到目前为止，很少有疾病肯定与不正确的DNA包装有关，但可能有更多。只是这种用于绘制DNA构象(细胞核内分子的空间构型)的技术从2009年才出现。”

初级研究科学家Anna Kononkova补充说:“问题是，仅仅检测健康细胞中的DNA构象并将其与患病细胞中的DNA构象进行对比是不够的。为了了解这种疾病背后的机制并找出治疗方法，科学家们必须精确地知道不正确的包装对每种特定疾病的基因功能有什么影响。”

“到目前为止，我们正在试图了解控制DNA包装如何影响基因调控的一般规则。我们使用的模型是果蝇，具体来说，它的未成熟的生殖细胞被称为精原细胞，它会发展成精母细胞，一种类似于前精子的细胞，”她解释道。

助理教授Ekaterina Khrameva继续说道:“因此，精原细胞和精母细胞是同一细胞发育过程中的两个不同阶段。在这些阶段之间的转换过程中，多达1000个基因被激活。这意味着，无论谁负责他们的监管，必须在那个时候进入高速运转。因此，如果DNA包装发生了变化，它们应该是可以检测到的。”

她进一步评论道:“事实上，我们观察到容纳被激活基因的DNA区域倾向于放松它们的结构。这与直觉很一致，即它们应该被‘暴露’，以促进激活蛋白质的方法。”

研究人员还注意到，DNA分子的形状以这样一种方式改变，即被激活的基因倾向于聚集在一些特定的位置。这支持了一种假说，即RNA合成——即从活性基因复制信息来制造蛋白质——并不发生在细胞核的任意位置。相反，它发生在被称为转录工厂的特定位置。

为了得到这些结果，该团队使用一种名为Hi-C的DNA构象分析技术进行了密集的计算实验。它使研究人员能够量化在每一个DNA小片段旁边找到每一个小片段的可能性。因此，这种方法并没有提供DNA分子如何在细胞核中折叠的漂亮的3D图像，而是提供了一堆数字，但对于一个合格的专家来说，这些数字或多或少是相等的。

通过记录基因大规模激活时DNA包装的变化，研究人员在揭示基因调控机制和理解相关疾病方面又迈出了一步。需要进一步研究解决的问题之一是，果蝇的基因是否在一个和同一个转录工厂中被激活，具有类似的功能。

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Comparison of genome architecture at two stages of male germline cell differentiation in Drosophila