利用三维计算模拟揭开人类细胞核基因组结构的奥秘

日本名古屋大学的一组研究人员创建了一个人类细胞核基因组结构形成过程的三维计算模拟。他们希望该模型有助于理解细胞调节机制和损害基因组的疾病，如癌症。

基因组的三维结构在调节动植物细胞DNA功能方面起着至关重要的作用，因为它影响了DNA的读取和复制。名古屋大学信息学研究生院复杂系统科学系荣休教授Shin Fujishiro和Sasai Masaki通过分析人类细胞的全基因组构建了一个3D模型。他们利用这个模型作为平台来研究人类基因组的结构、动力学和功能之间的关系。该研究结果发表在《美国国家科学院院刊》网络版上。

笹井教授解释说:“DNA的空间组织及其在细胞中的动态运动对理解细胞功能至关重要。”“研究人员开发了生化、显微镜等多种实验方法，为解释细胞内的DNA组织倾注了大量精力，但现在需要统一的图像。我们的研究引入了第一个计算模型，该模型可以以统一的方式定量分析来自人类细胞全基因组的各种数据。”

为了帮助理解这一过程，研究人员研究了染色质。染色质是DNA和蛋白质的混合物，存在于细胞中是为了保持DNA致密。根据他们的模型，染色质分布不均匀，在细胞分裂过程中发生的展开过程中，染色质链之间的斥力导致它们分离。同样的力也将染色质在细胞核中分离成活性区和非活性区。研究人员发现，他们提出的机制澄清了之前研究的生化和微观发现。

笹井博士补充说:“我们的模型为细胞生物学提供了一个不可或缺的工具和一个原始的视角。从这项研究发展的计算模型，我们可以确定细胞中的扰动如何影响基因组动力学和组织。我们还可以研究疾病细胞，包括各种癌细胞，是如何影响基因组的。它使我们能够更深入地分析基因组结构和转录调控之间的关系。在这项研究中建立的模型为细胞生物学提供了一个基本的工具和一个新的观点。”

Generation of dynamic three-dimensional genome structure through phase separation of chromatin