來自費城兒童醫院的一組研究人員發現了基本生物學過程的的關鍵新機制，即細胞核及其染色體物質如何在細胞分裂后自我重組的。這些染色體結構和功能的新發現將為人類健康和疾病提供重要的新見解。

這一研究發現公布在Nature雜志上，描述了驅動有絲分裂后染色體重組的生物學結構和動力。
研究負責人Gerd A. Blobel博士說：“有絲分裂期間，由于細胞分裂成兩個子細胞，實際上所有基因都被暫時關閉，染色質纖維中復雜的結構（染色體的實體）被破壞了。有絲分裂后，子細胞需要忠實地重建每個細胞核內復雜的染色質結構。”

盡管細胞生長和分裂的細胞周期至關重要，但此前很少有科學家研究過染色質重建的機制。

“一直以來，生物學上一直存在一個問題，那就是基因組在核中的真實組織方式。一個細胞基因組中的所有DNA堿基，如果解開成一條直線，將延伸兩米。現在這種物質局限在細胞核內一個很小的空間里，這需要高度組織化的包裝。”

研究小組在來自成熟小鼠模型的造血細胞中進行了實驗。他們采用了稱為高通量染色體構象捕獲（Hi-C）的技術，該技術可以檢測和定位染色體DNA中特定位點之間的三維空間相互作用。這些圖譜還能幫助科學家在細胞周期的不同時間點測量這種相互作用。總體而言，這些工具在有絲分裂期間以及之后的子細胞核重建過程中能檢測到大約20億次相互作用。

最終研究人員發現了染色質中結構組裝的機制：轉錄活性和沉默區室的出現和擴展，然后在基因組調控區域之間建立聯系，所謂建筑蛋白CTCF和粘著蛋白發生變化（這有助于塑造基因組）。Blobel說：“我們的發現描述了染色體有絲分裂后自我重建的序列動態層次框架。”

除了描述細胞生物學的關鍵過程外，該研究還深入分析了Blobel所說的“染色質結構和基因轉錄之間的復雜相互作用”。

轉錄，即DNA中編碼的信息向RNA中等同信息的轉換，在有絲分裂期間暫時停止，但此后在子細胞中重新激活。由于破壞正常基因組結構或轉錄的基因突變可以在疾病中發揮關鍵作用，因此更好地了解染色質結構具有潛在的臨床重要性。

舉一個例子，研究人員已經分析了粘著素缺陷導致的多系統遺傳疾病，例如Cornelia deLange綜合征。 Blobel說：“染色質相關結構的異常與疾病有關，因此我們這項研究的一個意義在于應該從細胞周期的角度來觀察影響染色質結構的疾病。”

總而言之，Blobel補充說：“這項新研究為生物學關鍵過程的基本方面提供了重要見解——時空上的染色質組織。”