小鼠的夜視能力怎麼來的？

上：數學模型模擬結果，下：實驗的實時成像數據。

夜行性哺乳動物和晝行性哺乳動物的視力在很短的一段時間內是一樣的。當小鼠出生時，它們眼睛細胞中的染色質有一個晝行性結構，隨著時間的推移，這種染色質的結構逐漸發生逆轉，讓小鼠在晚上也能看到東西。然而這種變化是如何發生的仍然是一個謎。

在最近的一項研究中，越南胡志明市生命綜合科學研究生院的副教授Sungrim Seirin-Lee和講師Hiroshi Ochiai建立了一個數學模型，基於這個模型，他們認為核變形可能是DNA結構變化的一個關鍵點。相關論文發表在《PLOS計算生物學》雜誌上。

在細胞核內部，染色質有不同的類型和區域。細胞核的中心是常染色質，也就是活躍的DNA。細胞核膜周圍的DNA是異染色質。與常染色質不同，異染色質的基因激活率較低。

然而，夜行動物和晝行動物之間細胞核結構的差異越來越大——尤其是在視網膜周圍。在夜行性哺乳動物中，DNA位於細胞核的中心。通常來講，異染色質停留在核膜周圍，然而對於夜行動物，Seirin-Lee和Ochiai發現異染色質可以隨細胞核形狀的改變而移動。

為了描述染色質的運動，Seirin-Lee和她的同事使用了一種叫做相場的數學模型。這是一種物理學中常用的方法，可以用來區分水和冰。然而，Seirin-Lee說，「這在生物科學中並不常見。在染色質動力學方面，這是世界上的第一次嘗試。」利用這一功能，研究小組可以通過確定並定義細胞核內外以及常染色質和異染色質來觀察染色質和細胞核的運動。

當研究人員觀察到小鼠眼睛中的異染色質時，他們發現條件結構觸發了動態變形，從而導致了核結構的倒置。在結構倒置的情況下，兩個蛋白質被移除，這使得異染色質可以移動。然後，他們將模型用來測試模擬視網膜細胞的神經幹細胞。當研究人員使用保持核外周異染色質的蛋白質處理細胞後，變形停止了。染色質聚集增加，核結構無法完成轉化。這一發現與Lee的數學模型一致。

最後，Seirin-Lee和她的同事想探究這個發現是否在哺乳動物細胞中普遍存在。「在這個階段，我們認為只有小鼠的眼睛是這樣的， 但也許人類可以通過動態核變形來擁有這樣的結構。」 Seirin-Lee說。

接下來，研究人員希望解決中間結構的問題，也就是介於傳統核結構和倒置核結構之間的一種混合體。

科界原創

編譯：花花

審稿：阿淼

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！