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在顯微鏡下觀察細胞核，圖中粉紅色的是染色體，綠色是核膜。左圖是X染色體移動前的圖像，右圖是X染色體連接到核膜后的圖像，這是X染色體沉默過程中的關鍵步驟。Xist分子首先跟X染色體結合，再與被稱為核纖層蛋白B受體（lamin b receptor）的核包膜蛋白（nuclear envelope protein）結合，X染色體進而被拉到細胞核邊緣。 圖片來源：加州理工學院 

男性只有一條X染色體，而女性有兩條X染色體，這意味著女性體內(nèi)由X染色體編譯產(chǎn)生的蛋白是男性的兩倍。人體內(nèi)某些蛋白質(zhì)如果過多將是致命的，所以在女性胚胎的早期發(fā)育過程中，所有細胞中的一個X染色體都會被沉默。 

一篇最近發(fā)表在《科學》雜志上的文章，第一次強調(diào)了細胞核中DNA三維結構的改變是X染色體沉默（也稱為X染色體失活）的關鍵步驟。研究表明，Xist單分子負責DNA重構，而這些變化導致了染色體沉默。 

該研究的領導者，生物學加州理工學院米切爾·格特曼（Mitchell Guttman）助理教授說：“這就像是先有雞還是先有蛋問題一樣，我們雖然知道X染色體失活的過程中發(fā)生了DNA結構的變化，但我們不知道是這些變化導致了X染色體沉默還是X染色體沉默造成了這些變化。我們的研究結果表明，DNA的動態(tài)排列在打開和關閉不同基因中有重要作用。 

該研究是一個國際合作項目的一部分，研究的目的是為了更好地理解DNA在細胞核中如何形成一個三維結構，以及這種結構改變與基因的沉默和激活之間的關系。DNA鏈上的不同基因，在不同細胞中開啟或者關閉。當基因開啟時，他們將會指導產(chǎn)生相應的蛋白質(zhì)。DNA的形狀及折疊形式控制著這個過程，但是具體的細節(jié)仍未研究清楚。最近，美國國立衛(wèi)生研究院資助的4D Nucleome計劃（第四維是時間），旨在解決DNA結構這個秘密及其在各種人類疾病，如癌癥和過早老化疾病中作用。

圖解Xist分子如何編排X染色體沉默。在細胞核中，Xist分子與DNA鏈結合時會沉默少部分基因。當Xist分子與被稱為核纖層蛋白B受體的核包膜蛋白結合后，DNA被拉扯到細胞核的邊緣，這會導致DNA重塑其形狀，Xist獲得訪問X染色體中其他基因的權限，進一步實現(xiàn)基因沉默。 圖片來源：加州理工學院 

在這項新研究中，研究人員專注于Xist分子，其屬于長鏈非編碼核糖核酸（lncRNAs），是一種已知的對X染色體有沉默作用的分子。傳統(tǒng)RNA分子被認為是細胞中信息傳遞的介質(zhì)，為產(chǎn)生蛋白質(zhì)提供模板，而lncRNAs如Xist分子可以直接與DNA結合，以開啟和關閉基因。在過去十年中，已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)以萬計的lncRNAs。 

以前的研究已經(jīng)表明，Xist分子沿著DNA鏈與所有沉默X染色體結合，而不結合到活性X染色體上。研究人員表示，在細胞中，DNA三維結構和位置的變化都與染色體沉默有關。但對于Xist分子是否影響以及如何影響DNA結構變化，目前還不清楚。 

這項新研究概述了Xist分子沉默染色體的過程，并介紹了一個關鍵物質(zhì)：核纖層蛋白B受體蛋白，這種受體蛋白位于細胞核膜上。 

“我們的工作表明，Xist分子通過與核纖層蛋白B受體直接相互作用，使得X染色體移動到核膜，導致了DNA三維結構發(fā)生變化，”陳春闞（格特曼實驗室的研究生和文章的主要作者）說。 

“這個過程使Xist分子擴散到整個X染色體，使染色體大范圍被沉默，這在胚 胎發(fā)育過程中有重要的作用。” 

X染色體是用于研究DNA結構和基因沉默之間關系的良好模型，因為整個結構由一個RNA分子導致失活。然而，其他的染色體實驗更局部地研究基因沉默。古特曼和他的團隊正在計劃更多的研究來探測DNA的形狀改變和其他基因在細胞中的調(diào)控之間的關系。