利用三維建模技術、先進的計算機模擬以及新一代測序技術，；來自麻省大學醫(yī)學院（UMMS）和麻省理工學院（MIT）的研究人員解決了自1878年Walther Flemming在光學顯微鏡下觀察到染色體以來，長期存在的一個爭議問題。

在發(fā)表于《科學》(Science)雜志上的一篇論文中，UMMS教授Job Dekker博士和同事們提供了新的證據(jù)表明，凝縮有絲分裂染色體其組織及結構的一般原理具有高度適應性，且為所有細胞共有。這一對于細胞分裂過程中染色體組裝與去組裝機制的新認識，將使得研究人員能夠開始解答一些有關表觀遺傳，以及染色體病和癌癥一類的人類疾病的基本問題。

Dekker博士說：“在過去的幾十年里，有關染色體內(nèi)部DNA組織機制的一些理論一直存在沖突。我們現(xiàn)在獲得了一種模型，將這一看似矛盾的數(shù)據(jù)并入其中，指出了所有細胞類型凝縮染色體組織的單一的簡單過程。利用這一知識，我們可以開始探究一些關于遺傳運作機制，以及當這一過程出錯時所發(fā)生的事件的非常特殊的問題。”

緊密纏繞及細長的染色體所具有的經(jīng)典X形結構，是得到最廣泛認可的一種細胞生物結構，在顯微鏡下可以輕易地看到它，因而數(shù)十年來它都是課本和科學文獻中常見的圖像。盡管這一結構非常的普遍流行，顯微鏡研究的技術局限還是導致生成了一些競爭性、解釋染色體內(nèi)部的DNA組織機制的模型。

正常狀態(tài)下，細胞的DNA分布在細胞核中一個較大的區(qū)域。在以往的研究工作中，Dekker和同事們指出沿著染色體的一些相互作用位點影響了基因表達，是導致不同的細胞類型三維組織存在差異的原因。但是為了能夠成功地分離及分配到每個子細胞中去，染色體需要緊密凝縮，巧妙包裝才能運輸傳送至子細胞。

一套理論提出，長DNA分子是分層盤繞為更厚的構造，最終才形成香腸樣的有絲分裂染色體。另一套模型提出，DNA形成了一連串的環(huán)，然后附著到一個形成染色體骨架的線性軸結構上。

不同的實驗證據(jù)支持了兩種模型，使得任何一個理論都無法得到確切的肯定或否定。為了分離出分裂中期的染色體3D結構，作者們將過去10年來Dekker實驗室開發(fā)的一些染色體構象捕獲技術（3C、5C和Hi-C）組合到一起，繪制了同時同步分裂的不同細胞類型中沿著有絲分裂染色體的接觸點。由此生成的復雜數(shù)據(jù)集為了解這些染色體的三維結構和空間組織提供了骨架。

接下來，Dekker和麻省理工學院副教授Leonid Mirny領導的研究小組，利用兩個競爭有絲分裂染色體組織理論的DNA分子聚合物模型進行了復雜的計算機模擬。連入每個模型進行模擬，Dekker、Mirny和同事們發(fā)現(xiàn)他們的染色體構象捕獲數(shù)據(jù)與經(jīng)典的、層次模型不一致。相反他們發(fā)現(xiàn)在分裂中期，染色體按兩階段過程進行包裝。第一階段，從一個支架中延伸而出，線性壓縮染色體，形成了包含80,000-120,000個DNA堿基對的染色質環(huán)。隨后，染色體軸向壓縮，就像一個壓縮的彈簧一樣，生成了簡潔的、緊密折疊的包裝。

Dekker 說：“每種細胞類型，無論是血液、皮膚或是干細胞都具有與基因表達和功能緊密相關的獨特結構和組織。當細胞開始分裂時，這一結構去組裝。與細胞類型相關的特異模式或組織被除去，形成普遍的有絲分裂染色體。這一過程導致了每個細胞中，染色體都是以一種所有細胞類型共有的方式進行凝縮和再包裝，指出了細胞生物學的一個基本過程?！?SPAN lang=EN-US>

 “當你看向凝縮染色體時，它看起來是高度組織化的。但事實是這個過程存在很大的差異和變數(shù)，因為這些染色質環(huán)是沿著染色體隨機形成，使得這一過程難以置信的強有力且極具適應性?！?SPAN lang=EN-US>

研究的主要作者之一，UMMS博士后研究人員Natalia Naumova說：“我們沒有預料到染色體會以這種方式組織。這一隨機過程局部隨機，但在整體上導致了高度的穩(wěn)定性和強有力性，這是細胞成功進行分裂的必要條件。”

接下來，Dekker、Mirny和他們的研究小組將確定是什么確切地引導了染色體的去組裝和再組裝?！坝捎诖蠖鄶?shù)的轉錄在有絲分裂期基本停止，許多的蛋白質脫離染色體，一定有一些東西對細胞分裂后對應細胞類型的染色體重組裝負責。了解有絲分裂染色體組織將幫助認識由染色體異常引起的癌癥或唐氏綜合征等疾病中什么出現(xiàn)了差錯。”