基因组活跃区域中的DNA和相关蛋白质是浓缩的，但在分子水平上表现得像粘稠的液体。这一发现大大增加了我们对活体人类细胞中表达基因组区域的物理性质的理解。

人类基因组DNA具有非凡的压实能力。当46组人类染色体首尾相连时，它们的总长度达到两米，但不知何故排列在一个直径只有十微米左右的细胞核中。为了适合细胞核，DNA链缠绕在组蛋白组上，就像线轴上的线一样，形成称为核小体的结构。核小体可以与其他蛋白质一起折叠成更紧凑的结构，称为染色质。尽管上个世纪技术取得了巨大进步，但活跃表达的染色质或真染色质的物理特征仍然是一个谜。

最近的研究表明，真染色质在活的人类细胞中是浓缩的，而不是脱聚和开放的，并且在核小体水平上表现得像液体。在染色体水平(或微米尺度)上，染色质是稳定的，表现得像固体，这可以通过减少长DNA的缠绕来限制DNA损伤。

由SOKENDAI的Kazuhiro Maeshima教授和国家遗传学研究所(信息与系统研究机构)领导的一个团队最近研究了真染色质，以确定真染色质的物理特征，无论是开放的还是冷凝的，液体还是固体。真染色质通常转录用于活体人类细胞中的基因表达。该团队使用基因组学，单核小体成像和计算建模的组合来评估细胞中的真染色质。

在这项研究之前，真染色质被认为具有开放或不太浓缩的构象，以允许与基因转录相关的大蛋白质进入基因组DNA。相反，研究人员发现活细胞中的真染色质形成了浓缩结构域，在单个核小体水平上表现得像粘性流体，在染色体水平上表现得像固体。

“我们证明了活体人类细胞中的真染色质不一定以开放结构的形式存在，而是基本上形成浓缩结构域，”Maeshima说。

研究小组将荧光标记的核苷酸引入活细胞，并使用超分辨率显微镜将彼此靠近的核小体可视化。“核小体，染色质的基本单位，波动并表现得像浓缩的真染色质结构域内的液体，”前岛说。科学家们观察到的挑战了关于真染色质构象的传统思维。

“我们观察到的核小体的动态，液体样行为即使在浓缩的真染色质中也允许主动转录，”前岛说。“由于DNA的物理访问减少和反应性化学生产减少，浓缩结构域可以保护DNA免受辐射损伤，”共同作者之一Shiori Iida补充道。

与核小体水平相反，真染色质在染色体水平上表现得像固体，研究人员提出这可以避免长基因组DNA的过度缠绕，并保持其完整而不断裂。

研究人员提出的浓缩真染色质结构的新模型提供了一种通过乙酰化或向组蛋白中添加乙酰基来降低染色质“粘性”的机制。这打开了染色质结构，以适应大的转录或复制复合物并调节基因的表达。研究人员还指出，染色质凝聚和组织可能在细胞分化或特化中发挥重要作用，例如，未分化的胚胎小鼠干细胞的染色质结构域更具流动性且定义较少。

“我们的最终目标是揭示如何在活细胞中搜索和读取基因组信息，”前岛说。目前的研究将帮助科学家更好地了解活细胞中的基因调控，DNA复制和修复。研究小组开发的新型成像技术还将为研究人员研究其他纳米级分子及其在细胞内的动力学提供一种手段。

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