新研究看到細胞核內DNA分布形態

在人們的印象中，教科書插圖裡面展示的DNA像拉麵一樣浮在細胞核裡面的液體內。最新一份研究發現，其實在細胞核內DNA是像一圈環形薄層，附著在細胞核的內壁上。

科學家近年來開始研究DNA在細胞核裡面的空間分布形態，意識到這可能與細胞健康與否息息相關，或者某些異常的分布特徵正是某些疾病的反映。

主要研究者之一以色列魏茨曼科學研究所（Weizmann Institute of Science）的沃爾克（Talila Volk）說，他們的研究組原來是要研究外部機械力量對肌肉中的細胞核有怎樣的影響，他們發現肌肉收縮的時候，對基因表徵規律立即產生影響。

「我們無法進一步研究，因為現有的研究方法依賴於用化學方法保存下來的細胞的圖像，看不到活體肌肉細胞的細胞核內發生的情況。」沃爾克說。

合作研究者設計了一種新的設備，把微小、半透明的果蠅幼蟲放在一個溝槽內觀測。在溝槽內，幼蟲既能夠收縮和放鬆肌肉，活動範圍又受到限制，便於使用螢光顯微鏡觀測。

利用這個設備，研究人員得到了一批展示染色質在肌肉細胞核內空間分布的真實景象。染色質是細胞核內的大分子復合物，裡面包含著DNA、蛋白質和RNA。

研究人員原以為會看到染色質像麵條一樣充滿在細胞核內，但是出乎意料的是，他們看到的染色質卻是附著在細胞核的內壁上，細胞核的中心並沒有染色質。研究人員稱這是一種名為相分離（phase separation）的生物現象，就像油和水的混合物一般，混合後會自行分離穩定在某種分布狀態。

研究人員嘗試解釋為什麼以前的研究認為染色質是填充在細胞核內部那樣的景象。「科學家把細胞放在一個玻璃載片上，在顯微鏡下觀測。這改變了細胞的體積，也就是把它們壓扁了。這可能會改變控制染色質空間分布的某些作用力。」

研究人員又觀察了人類的活體白細胞內染色質的分布情況，發現了類似的結果。合作研究者阿米亞德-巴甫洛夫（Daria Amiad-Pavlov）說：「這說明我們的發現是（生物體內的）普遍情況，可能所有生物的染色質都有這樣的分布特徵。」

研究者表示，這項研究打開了DNA在細胞內的分布形態這個新的研究領域，並希望能夠進一步探索作用於細胞核和染色質的物理作用力、或是細胞壁的硬度，會對基因表達產生怎樣的影響。

其中一個潛在研究方向是，探索健康和疾病細胞內的DNA空間分布形態是否存在差異。比如，研究人員利用三維模型研究染色質在細胞核內的分布，發現隨著細胞核的內壁與染色體之間作用力的減弱，染色體將逐漸移動到細胞核的中心區域，即無法附著在其內壁上。這種作用力的減弱，很可能與肌肉營養不良、神經系統失調等多種疾病相關。

這份研究9月4日發表於《電子生命》（eLife）期刊，並在9月2日發表於《科學進展》（Science Advances）期刊。