據外媒報道，如果你打開一本生物學教科書，瀏覽描述DNA在細胞核中如何組織的圖像，你有可能會開始感到飢餓；DNA鏈看起來就像一碗拉麵：漂浮在液體中的長串。然而，根據兩項新的研究（一項是實驗性的，另一項是理論性的–是魏茨曼科學研究院分子遺傳學系的塔里拉-沃爾克教授和化學與生物物理系的薩夫蘭教授小組合作的結果），這種形象應該被重新考慮一下。澄清它是至關重要的，因為DNA在細胞核中的空間排列可以影響到DNA分子中所包含的基因的表達，從而影響到在細胞中發現的蛋白質。
這個故事開始於沃爾克在研究機械力如何影響肌肉中的細胞核時，發現證據表明肌肉收縮對基因表達模式有直接影響。她說：“我們無法進一步探索這個問題，因為現有的方法依賴於化學保存細胞的成像，所以它們未能捕捉到實際工作的肌肉的細胞核中發生的情況。”
為了解決這個問題，沃爾克小組的研究助理達納-洛伯博士領導設計了一個裝置，使研究活體果蠅幼蟲的肌肉核成為可能。該裝置將微小的、半透明的幼蟲固定在一個凹槽內，使其能夠收縮和放鬆肌肉，但保持其運動受限，以便能夠用熒光顯微鏡進行掃描。使用該設備，研究人員獲得了內部線性組織的DNA及其蛋白質的複合物（稱為染色質）的圖像，這些複合物被肌肉細胞核的膜所包圍。
洛伯和沃爾小組的博士后Daria Amiad-Pavlov博士期待着發現“一碗滿滿的拉麵”，但他們卻得到了一個驚喜。這些”麵條”或長的染色質分子並沒有填滿細胞核的整個體積，而是被組織成一個相對較薄的層，附着在細胞核內壁上。與油和水之間相互作用的結果類似，即所謂的”相分離”，染色質從細胞核內部的大部分液體中分離出來，並在其外圍找到了自己的位置，而大部分液體介質仍然在中心。研究人員意識到，他們正在解決一個基本的生物學問題，即–染色質，以及由此產生的DNA，是如何在生物體的細胞核中組織的。“但這些發現是如此出人意料，我們必須確保沒有錯誤悄悄進入，而且這種組織是普遍的，”洛伯說。
這些令人驚訝的發現解決了一個基本的生物學問題–DNA在生物體的細胞核中是如何組織的。
在與薩夫蘭的小組合作后，他們得出了沒有錯誤的結論。薩夫蘭和博士后Gaurav Bajpai博士建立了一個理論模型，其中包括管理細胞核中染色質組織的物理因素，例如染色質和其液體環境之間以及染色質和核膜之間的相對吸引力。該模型預測，染色質應與液相分離，這取決於核內液體的相對數量。此外，相分離的染色質可以沿着核膜內部排列–正如沃爾克的團隊在實驗中發現的那樣。
這些小組還解釋了為什麼在其他科學家以前的研究中，染色質似乎充滿了細胞核。“當科學家為了在顯微鏡下研究細胞而將其放在玻璃片上時，他們改變了細胞的體積，並在物理上將其壓扁。這可能擾亂了支配染色質排列的一些力量，並減少了細胞核上部到其底部之間的距離，”薩夫蘭解釋說。
為了確保這些發現不限於果蠅肌肉細胞，研究人員分析了人類白血球。在這種情況下，染色質也同樣被組織成襯在核內壁的一層。”Amiad-Pavlov說：“這表明我們所發現的可能是一種普遍現象，而且這種染色質組織可能在整個進化過程中一直保持着。”
這項研究為研究DNA在細胞中的組織開闢了新的途徑，並延伸到研究作用於細胞核和染色質的物理力量，從而影響基因表達。一個潛在的方向是探索健康和疾病中的DNA組織是否存在差異。如果是這樣，這種差異可以在診斷中加以利用，例如，作為檢測癌細胞的一個新參數。在胚胎髮育研究中，探索DNA組織可能有助於澄清機械力是否影響細胞分化為新的命運。最後，眾所周知，細胞所處表面的硬度可以改變其基因的表達。新研究表明，這可能與表面對核膜的推拉以及由此對核內DNA組織的影響有關。對這種相互作用的更好理解可能有助於控制用於具有所需特性的工程組織的細胞中的基因表達。