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此前科学家已经解开了当细胞复制过程的不稳定程度超过一对染色体组(每一对染色体组都被称为基因组)时这个过程的不稳定程度。在哺乳动物，包括人类，构成身体的细胞是二倍体，这意味着一个细胞包含一对染色体。非二倍体状态会破坏细胞的特性，引发异常、癌症和其他严重疾病。在无性繁殖和癌症发展过程中，会产生单倍体(每条染色体的一组)和四倍体(每条染色体的四组)细胞，导致染色体变得不稳定。然而当细胞处于非二倍体状态时，为什么会发生这种不稳定性仍然是未知。在本研究中，研究人员使用了具有不同倍性状态的人类细胞系（单倍体、二倍体和四倍体）来研究这些差异对细胞复制过程的影响。
在细胞分裂过程中，一个二倍体细胞(左)和一个单倍体细胞(右)分别显示染色体的正常和异常取向(紫色)和微管(绿色)。图片：YaguchiK.,etal.,JournalofCellBiology,April30,
博科园-科学科普：在正常细胞中，有两个中心体，它们是细胞复制的调节器。研究人员观察到在单倍体细胞中中心体逐渐消失，在四倍体细胞中中心体频繁重复，这两种情况都在细胞复制过程中频繁发生异常。此外研究人员发现，在单倍体细胞中，被称为微管的细胞纤维较少，而在四倍体细胞中则较多。这是很重要的，因为这些纤维的数量被发现是改变质心复制效率的关键因素，导致质心丢失或过度复制。另一方面、DNA复制的效率，这是细胞复制的另一个重要步骤，保持不变，不管一个细胞的倍性。中心体复制和DNA复制周期之间不兼容可能是哺乳动物非二倍体细胞不稳定的根本原因，这些发现可以帮助理解癌症细胞中的染色体不稳定性，这些细胞通常处于非二倍体状态，并导致新的癌症治疗策略。
微管的数量(绿色)成比例地增加到倍性水平，改变了中心体复制的效率。图片：YaguchiK.,etal.,JournalofCellBiology,April30,
多年来科学家们一直在研究人类染色体及其携带的DNA，仔细研究构成每个细胞的遗传密码，以寻找从眼睛颜色到先天性疾病的一切线索。然而在一项新的研究中，科学家已经证明细胞内染色体的运动也可能对人类的特性和健康起作用。发表在《自然通讯》(NatureCommunications)上的一篇论文中，得克萨斯大学奥斯汀分校(UniversityofTexasatAustin)的科学家们绘制了染色体运动图，利用计算机模型展示了数十亿对DNA碱基对如何在一个不可能被纠缠在一起的小空间中被包裹起来。首次发现这种运动是缓慢的，不同于一种细胞类型，甚至不同于同一类型的细胞。更好地理解这一运动可能对遗传疾病、人类健康和基因编辑的研究具有重大意义。
这张图展示了染色体的组织过程，染色体滴是在这个过程中形成的，作为染色体的基本包装单位，结构由染色体的透明状态维持，在这幅图中，红色和蓝色分别是压抑和活跃的位点。图片：TheUniversityofTexasatAustin.
德州大学奥斯汀分校化学系主任戴夫?瑟鲁马莱(DaveThirumalai)表示：选择观察的不是结构，而是动力学，不仅要弄清楚这些庞大的基因信息是如何打包的，还要弄清楚各种基因位点如何移动。我们知道这不仅仅是你需要担心的遗传密码。如果运动的时机不对，可能会以功能性失常而告终。Thirumalai和马里兰大学的研究生、主要作者石广(音)一起研究了两种不同的染色体是如何运动的。在计算机模型中，一条染色体在复制后看起来就像一团未卷的纱线。慢慢地，染色体开始自我折叠，形成染色体滴，经过复杂的折叠，然后缠绕成一个球，即使在染色体到达这个紧致阶段后，移动仍在继续。
研究发现染色体移动缓慢，这可能会对单个细胞或细胞群产生深远影响，此外染色体不同区域以不同的速度运动。研究小组选择观察染色体5和10，绘制出它们的运动轨迹。5号染色体上发现的基因与某些形式的白血病、帕金森病和男性不育有关。10号染色体上的基因与血液病卟啉症的类型有关，恶性脑瘤，一种先天性耳聋。在这个模型中，很明显每条染色体的运动都随着细胞的不同而改变。例如一个细胞中的5号染色体可能和另一个细胞的5号染色体非常不同，也许移动得更慢。
这张照片既显示了轨迹的相干运动，也显示了轨迹的异质性动力学，主图显示了染色体位点的位移场。每个箭头的长度和颜色表示轨迹运动的大小和方向，显示了染色体内不同区域的相干运动。两个小的数字显示了快轨迹和慢轨迹的典型轨迹，它们的机动性可能非常不同，这两个小数字显示了个体基因座动力学的异质性。图片：TheUniversityofTexasatAustin.
把DNA想象成一本有人类食谱的书，需要的信息在第页，阅读代码很容易，但我们现在知道，这本书正在穿越时空，这样就很难找到页了。基因表达是一个动态过程，因为要在细胞中表达该生物或细胞中包含的所有基因，所以染色体的远端区域就必须接触。当细胞基因生物动力学表达动态过程被打断时，会因关键基因表达失败（不能正常表达）而死亡，或有可能会变成癌细胞。染色体相遇需要多长时间，何时相遇以及它们保持接触的时间（这类研究揭示了这一点）可能会提高科学家对某些疾病的理解。研究人员希望继续研究不同类型染色体的动力学，探索异常细胞，如癌细胞，是否有不同的动力学。如果癌细胞内的染色体有一些突变，如果移动方式不同，那将是非常有趣。
博科园-科学科普｜研究/来自：北海道大学，德克萨斯大学奥斯汀分校参考期刊文献:《JournalofCellBiology》,《NatureCommunications》DOI:10./jcb.DOI:10./s---6博科园-传递宇宙科学之美
