小鼠的夜视能力怎么来的？学术资讯

上：数学模型仿真结果，下：实验的实时成像数据。

夜行性哺乳动物和昼行性哺乳动物的视力在很短的一段时间内是一样的。当小鼠出生时，它们眼睛细胞中的染色质有一个昼行性结构，随着时间的推移，这种染色质的结构逐渐发生逆转，让小鼠在晚上也能看到东西。然而这种变化是如何发生的仍然是一个谜。

在最近的一项研究中，越南胡志明市生命综合科学研究生院的副教授Sungrim Seirin-Lee和讲师Hiroshi Ochiai建立了一个数学模型，基于这个模型，他们认为核变形可能是DNA结构变化的一个关键点。相关论文发表在《PLOS计算生物学》杂志上。

在细胞核内部，染色质有不同的类型和区域。细胞核的中心是常染色质，也就是活跃的DNA。细胞核膜周围的DNA是异染色质。与常染色质不同，异染色质的基因激活率较低。

然而，夜行动物和昼行动物之间细胞核结构的差异越来越大——尤其是在视网膜周围。在夜行性哺乳动物中，DNA位于细胞核的中心。通常来讲，异染色质停留在核膜周围，然而对于夜行动物，Seirin-Lee和Ochiai发现异染色质可以随细胞核形状的改变而移动。

为了描述染色质的运动，Seirin-Lee和她的同事使用了一种叫做相场的数学模型。这是一种物理学中常用的方法，可以用来区分水和冰。然而，Seirin-Lee说，“这在生物科学中并不常见。在染色质动力学方面，这是世界上的第一次尝试。”利用这一功能，研究小组可以通过确定并定义细胞核内外以及常染色质和异染色质来观察染色质和细胞核的运动。

当研究人员观察到小鼠眼睛中的异染色质时，他们发现条件结构触发了动态变形，从而导致了核结构的倒置。在结构倒置的情况下，两个蛋白质被移除，这使得异染色质可以移动。然后，他们将模型用来测试模拟视网膜细胞的神经干细胞。当研究人员使用保持核外周异染色质的蛋白质处理细胞后，变形停止了。染色质聚集增加，核结构无法完成转化。这一发现与Lee的数学模型一致。

最后，Seirin-Lee和她的同事想探究这个发现是否在哺乳动物细胞中普遍存在。“在这个阶段，我们认为只有小鼠的眼睛是这样的，但也许人类可以通过动态核变形来拥有这样的结构。” Seirin-Lee说。

接下来，研究人员希望解决中间结构的问题，也就是介于传统核结构和倒置核结构之间的一种混合体。

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编译：花花

审稿：阿淼

责编：张梦

期刊来源：《PLOS计算生物学》

期刊编号：1553-734X

原文链接：

https://phys.org/news/2019-08-mathematical-animals-night.html