نحوه تعامل شاخه‌های مولکولی در هسته با کروموزوم‌ها
شیمیدان‌ها با استفاده از شبیه‌سازی های رایانه‌ای چگونگی برهمکنش اجسام هسته‌ای نوکلئولی با کروموزوم‌های موجود در هسته مولکولی را کشف کرده‌اند.
به گزارش پایگاه اطلاع رسانی ایران رصد، به نقل از سایت دانشگاه MIT، با استفاده از شبیه‌سازی‌های کامپیوتری، شیمیدان ها کشف کرده اند که چگونه اجسام هسته‌ای به نام نوکلئولی با کروموزوم‌های موجود در هسته مولکولی برهمکنش می کنند. و چگونه این برهمکنش‌ها به نوکلئولی‌ها به عنوان قطرات پایدار در هسته کمک می‌کند.
این اجسام کوچک (نوکلئولی) که در ابتدای تقسیم سلولی شکسته می شوند. و سپس در مراحل بعدی دوباره تشکیل می شوند، از بیش از هزار مولکول مختلف RNA و پروتئین تشکیل شده اند. یکی از عملکردهای کلیدی نوکلئولی، تولید RNA ریبوزوم(جزئی از ریبوزوم ها) است.
مطالعات اخیر نشان داده است که هسته به صورت قطرات مایع چندگانه وجود دارد. به گفته ژانگ، این گیج کننده بود زیرا در شرایط عادی، چند قطره در نهایت باید با هم ترکیب شوند. و به یک قطره بزرگ تبدیل شوند تا کشش سطحی سیستم به حداقل برسد. او می‌گوید: «اینجاست که موضوع جالب می‌شود، زیرا در هسته، به نوعی آن قطرات چندگانه می‌توانند در کل چرخه سلولی، در حدود ۲۴ ساعت پایدار بمانند.»
استفاده از تکنیک شبیه‌سازی دینامیک مولکولی
برای کشف این پدیده، ژانگ و چی از تکنیکی به نام شبیه‌سازی دینامیک مولکولی استفاده کردند. این شبیه سازی می‌تواند نحوه تغییر یک سیستم مولکولی در طول زمان را مدل کند. در ابتدای شبیه سازی، پروتئین ها و RNA تشکیل دهنده هسته به طور تصادفی در سراسر هسته توزیع می شوند.و شبیه سازی نحوه تشکیل تدریجی قطرات کوچک را دنبال می کند. در شبیه سازی خود، محققان همچنین کروماتین، (ماده ای که کروموزوم ها را می سازد وشامل پروتئین ها بعلاوهDNA می باشد) را وارد کردند، با استفاده از داده‌های آزمایش‌های قبلی که ساختار کروموزوم‌ها را تجزیه و تحلیل می‌کردند، تیم MIT انرژی برهمکنش کروموزوم‌ها را محاسبه کرد که به آنها اجازه داد نمایش‌های واقعی از ساختارهای ژنوم سه‌بعدی ارائه دهند.
نوکلئولی ها مانند سلول‌های زنده، قطرات چندگانه ای را تشکیل می‌دهند
با استفاده از این مدل، محققان توانستند نحوه تشکیل قطرات نوکلئولی را مشاهده کنند. آنها دریافتند که اگر اجزای هسته‌ای را به تنهایی و بدون کروماتین مدل‌سازی کنند، همانطور که انتظار می‌رفت در نهایت به یک قطره بزرگ تبدیل می‌شوند. با این حال، هنگامی که کروماتین وارد مدل شد، محققان دریافتند که نوکلئولی ها مانند سلول‌های زنده، قطرات چندگانه ای را تشکیل می‌دهند.
محققان همچنین دلیل این اتفاق را کشف کردند: قطرات هسته به مناطق خاصی از کروماتین متصل می‌شوند، و زمانی که این اتفاق می‌افتد، کروماتین مانند کشی عمل می‌کند که از ترکیب شدن نوکلئولی ها به یکدیگر جلوگیری می‌کند. این نیروها اساساً جلوی تبدیل سیستم را به آن قطرات کوچک می‌گیرند و مانع از همجوشی آنها می‌شوند. ژانگ می گوید:”مطالعه ما اولین مطالعه ای است که اهمیت این شبکه کروماتین را برجسته می کند. این مسئله می تواند به طور قابل توجهی همجوشی را کند و سیستم را در حالت قطرات متوقف کند”
حوزه کاربرد و تاثیر گذاری:
- بیوشیمی
- بیوتکنولوژی
- زیست شناسی سلولی مولکولی
- نوروساینس
- کنترل ژن و حوزه درمان سرطان
این غلظت جسم هسته‌ای اساساً پویایی سازمان ژنوم را تغییر می‌دهد و به احتمال زیاد ژنوم را از مایع به ژل تبدیل می کند. ژانگ می‌گوید که این حالت ژل‌مانند، تعامل نواحی مختلف کروماتین با یکدیگر را آسان‌تر می‌کند تا اینکه ساختار در حالت مایع وجود داشته باشد. حفظ فعل و انفعالات پایدار بین نواحی دوردست ژنوم بسیار مهم است. زیرا ژن ها اغلب توسط بخش هایی از کروماتین کنترل می شوند که از نظر فیزیکی از آنها فاصله دارند.
این تحقیق توسط مؤسسه ملی بهداشت و بنیاد گوردون و بتی مور تهیه شده است.