从父代到子代，遗传信息的传递需要在精子中仔细包装DNA。 但是，这种包装DNA的方式尚不清楚。 在最近一项研究中，科学家利用新技术揭示成熟雄性生殖细胞中DNA的三维组织，揭示了发育的关键时期，有助于解释父亲如何将遗传信息传递给后代。
在辛辛那提儿童医院医学中心的生殖生物学家发表自然结构和分子生物学的研究结果表明，在将DNA包装到精子中之前，会进行DNA的3D结构组装。
（图片来源： Cincinnati Children's）
当生殖细胞实际上成为可育精子时，遗传物质紧密排列。雄性生殖细胞的遗传物质在细胞的遗传控制中心即细胞核中具有精确的三维组织。研究人员报告说，这个3D组织对于男性来说是必要的，可以帮助他们创造下一代生命。
“我们提出男性精子不仅仅是DNA的载体。我们的数据表明，细胞核中的三维组织有助于建立一个分子基础，可以重现一个能够成为下一代的完整受精卵，”作者说道。这项研究结果开启了新研究的可能性，以研究遗传物质的三维组织如何影响生育能力以及早产或死产等问题。
利用成熟的雄性小鼠生殖细胞进行研究，研究人员对减数分裂进行了研究。减数分裂是是大自然规则的一部分，雄性和雌性哺乳动物各自贡献其遗传物质的一半，以产生下一代遗传整体但多样化的成员。人类共有46条染色体，母亲和父亲各自贡献23条染色体。
利用一种名为Hi-C的技术，研究人员能够显示染色体的3D组织和相互作用，以及减数分裂雄性生殖细胞核中的基因。作者提出，在减数分裂中制备3D组织对于允许生殖细胞在给雌性卵受精后重新获得产生身体所有细胞的能力的基因至关重要。
“在减数分裂中，基因表达非常高且多样化，”该研究的第一作者，Namekawa实验室成员Kris Alavattam说。 “这些基因中的许多基因对于生殖细胞的发育是必不可少的，并且许多基因在生殖细胞中没有其他地方表达，而且在其他任何时候都没有。”
在此期间，生殖细胞中的遗传物质被组织在称为基因组区室的空间相关区室中。在减数分裂的雄性生殖细胞中，研究人员注意到基因组区室比身体其他细胞的区域弱。这种弱点有助于促进他们所谓的3D染色质组织的全局重编程。这种染色质组织 - DNA与DNA结合蛋白的包装 - 促进必需的基因表达和生殖细胞的发育。在减数分裂后，染色质的基因组以高度有组织的方式包装DNA作为准备生殖的细胞。
为了更深入地了解人们对生殖健康问题可能做出的贡献，科学家现在希望利用他们的实验室建模系统来了解3D染色质组织的破坏如何影响生育能力。
资讯出处：How 3D arrangement of DNA helps perpetuate the species
原始出处：Kris G. Alavattam, So Maezawa, Akihiko Sakashita, Haia Khoury, Artem Barski, Noam Kaplan, Satoshi H. Namekawa. Attenuated chromatin compartmentalization in meiosis and its maturation in sperm development. Nature Structural & Molecular Biology, 2019; DOI: 10.1038/s41594-019-0189-y
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