细胞分裂的单个过程被称为有丝分裂。在这一过程中，细胞复制的DNA会在两个子细胞之间分开。尽管在细胞生物学领域取得了一些进展，但关于DNA合成机制在有丝分裂中的具体细节仍然知之甚少。最近，研究人员追踪了一小段缠绕在组蛋白周围的DNA，称为核小体，以更好地理解核小体在细胞分裂中的作用。
DNA由染色质构成，染色质是由DNA、RNA和蛋白质组成的动态结构，调节基因表达的可及性以及细胞内遗传物质的整体结构。例如，组蛋白是带正电的蛋白质，与带负电的DNA结合。DNA缠绕在这些组蛋白周围形成核小体，核小体帮助将近6英尺长的人类基因组DNA浓缩到直径仅为10微米（1 x 10-6米）的细胞核中。
在有丝分裂过程中，DNA在分裂成两个子细胞之前会凝结。一个叫做凝聚蛋白的蛋白质复合物参与了染色体的凝聚。然而，研究人员仍不确定细胞如何在分裂过程中实现染色体的组装。为了解决这个问题，来自日本三岛国立遗传研究所的研究团队，作为信息与系统研究组织（ROIS）的一部分，使用单核小体成像技术揭示了活细胞在有丝分裂期间染色体的组织和压实因素（电影）。
研究小组观察到，与间期细胞相比，核小体在有丝分裂期间受到更大的限制。在细胞分裂的后期，当染色体被移动到细胞的两极时，核小体受到的限制达到最大。当染色体开始解体时，这些限制在末期（细胞分裂的最后阶段）会被放松。
研究小组还进行了凝缩蛋白耗竭实验，以研究有丝分裂过程中的约束机制。他们发现，凝聚蛋白的消耗会导致染色体形状异常和核小体运动增加。这一观察结果支持了一个染色体组织模型，其中凝缩蛋白形成环来约束核小体。来自横滨市立大学的酒井裕二利用计算模型总结了他们的观察结果（电影）。
“我们的研究结果表明，随着染色体在细胞分裂过程中组装，核小体的运动受到越来越多的限制。凝缩蛋白的功能类似于‘分子交联剂’，将核小体固定在适当的位置以组织染色体。此外，由组蛋白尾部促进的核小体之间的相互作用有助于进一步压缩染色体（图），”来自国立遗传研究所和SOKENDAI的Kayo Hibino表示。
该团队的计算模型和染色体外围缺乏凝聚表明，其他限制因素可能也在有丝分裂期间的染色体凝聚中发挥作用。通过使用试剂trichostatin A (TSA)减少组蛋白上的正电荷，研究人员观察到核小体运动增加（图），与凝聚蛋白耗竭实验的结果相似。
总体而言，研究小组发现，在有丝分裂过程中，凝缩蛋白通过形成环来限制核小体在染色体轴周围的运动，而核小体之间通过组蛋白尾部的相互作用进一步促进了全局染色体的凝缩（图）。需要进一步研究以确定凝缩蛋白如何形成DNA环，以及核小体之间的相互作用和环的形成如何共同作用以组装染色体。
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希望本篇文章《核小体在有丝分裂中的约束计算模型及其实验结果》能对你有所帮助！
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