数学使科学家能够了解细胞核内的组织

科幻作家ArthurC.Clarke的第三定律说：“任何足够先进的技术都与魔法无异。”IndikaRajapakse博士是一名信徒。这位工程师和数学家现在发现自己是一名生物学家。他认为融合这三个学科的美妙之处对于解开细胞的工作原理至关重要。

他的最新进展是一种新的数学技术，开始了解细胞核的组织方式。Rajapakse和合作者在几种类型的细胞上测试了这项技术，揭示了研究人员所谓的自我维持转录簇，这是在维持细胞特性中起关键作用的蛋白质子集。

他们希望这种理解将揭示可针对重新编程细胞以阻止癌症或其他疾病的漏洞。

“越来越多的癌症生物学家认为基因组组织在理解无法控制的细胞分裂以及我们是否可以重新编程癌细胞方面发挥着巨大作用。这意味着我们需要了解更多关于细胞核中发生的事情的细节，”计算学副教授Rajapakse说密歇根大学的医学和生物信息学、数学和生物医学工程。他也是UMRogel癌症中心的成员。

Rajapakse是该论文的资深作者，发表在NatureCommunications上。该项目由三名研究生和一个跨学科的研究团队领导。

该团队改进了一种较旧的技术来检查染色质，称为Hi-C，该技术可以绘制出基因组的哪些片段靠近在一起。它可以识别染色体易位，就像在某些癌症中发生的那样。然而，它的局限性在于它只能看到这些相邻的基因组区域。

这项名为Pore-C的新技术使用更多数据来可视化细胞核内的所有部分如何相互作用。研究人员使用了一种称为超图的数学技术。思考：三维维恩图。它使研究人员不仅可以看到相互作用的基因组区域对，还可以看到细胞内复杂和重叠的全基因组关系的整体。

“我们可以清楚地理解这种多维关系。它为我们提供了一种更详细的方式来理解细胞核内的组织原则。如果你理解了这一点，你也可以理解这些组织原则在哪里偏离，比如在癌症中，”Rajapakse说。“这就像将三个世界放在一起——技​​术、数学和生物学——来研究原子核内部的更多细节。”

研究人员在新生儿成纤维细胞、活检成人成纤维细胞和B淋巴细胞上测试了他们的方法。他们确定了每种细胞类型特有的转录簇组织。他们还发现了他们所谓的自我维持转录簇，它们作为细胞类型的关键转录特征。

Rajapakse将此描述为大局中的第一步。

“我的目​​标是在细胞周期中构建这种图像，以了解细胞如何经历不同阶段。癌症是无法控制的细胞分裂，”Rajapakse说。如果我们了解正常细胞如何随时间变化，我们就可以开始检查受控和不受控的系统，并找到重新编程该系统的方法。”