b********g
发帖数: 46 | 1 话说人的DNA 有 3 billion (3E9)个碱基，按照DNA 双螺旋模型，每10个碱基形成一个
圆柱体（直径为2nm, 每个碱基间的间距是0.34 nm); 那么这么多DNA 的体积为：
pi * (1 nm)^2 * 0.34 nm * 3E9 = 1.02 pi 10E9;
DNA 在细胞核中，假设细胞核的半径为10 um = 10E4 nm, 为球形，其体积为，
1.3 * pi * (10E4)^3 = 1.3 pi 10E12;
不难看出，DNA 只占细胞核体积的千分之一。
如果，细胞核缩小为 5 um, DNA 充其量也不到细胞核体积的百分之一。
因此，细胞拥有足够的容量来容纳DNA，那么，细胞为何要用其他蛋白（histone,
cohesin, chromatin remodeling complex, HP1)来压缩DNA,从而形成所谓的higher
order chromatin structure?
表达调控。 |
b********g
发帖数: 46 | 2 大家知道，核小体（nucleosome)是染色质的基本组成单位，其大小为直径11 nm，高 6
nm的圆柱体，圆柱体上绕着大约1.6-1.7圈的DNA，长度约为173 bp. 假设所有的DNA都
形成了核小体，形成了染色质的一级结构，那么，相比DNA，这个染色质的体积扩大了
多少呢？
核小体每个核酸对的体积为 pi * (5.5 nm)^2 * 6 nm / 173 = 1.05 pi
DNA 双螺旋中每个核酸的体积为 pi * (1 nm)^2 * 3.4 nm / 10 = 0.34 pi
所以，形成核小体后，基因组的体积扩大了约 3 倍。原来，核小体并不是用来压缩基
因组的体积，而是扩大基因组的体积。为什么呢？
表达调控。 |
b********g
发帖数: 46 | 3 大家再来看看Li-zhu style 30 nm chromatin fiber, 24 X 177 bp 的DNA与histone
形成一个 “double double helix” 结构，假设为圆柱体，是一个底为 27.2 nm, 高
为55.8 nm的圆柱体。在这个模型中，相比DNA双螺旋，每个核算对的体积扩大了多少呢？
30-nm chromatin fiber 每个核酸对的体积为: pi * (13.6 nm)^2 * 55.8/(24 * 177
bp) = 2.43 pi
所以，形成30-nm chromatin fiber 以后，基因组的体积扩大了。 相比10-nm bead on
a string 模型，这个体积扩大了约2.5 倍；相比DNA双螺旋模型，这个体积扩大了约7
倍。
不难推测，形成更大的higher order chromatin structure, 基因组的体积实际上是扩
大的。为什么呢？
表达调控 |
R****n
发帖数: 708 | 4 ＤＮＡ上附着ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ,每种都是成千上万的.需要展开ＤＮＡ
,形成二级或三级结构。这些结构也要站很大体积。有ａｃｔｉｖｅ, ｐｏｉｓｅｄ
ａｎｄ ｐｒｉｍｅ ｓｔａｔｅｓ.
http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(15)01504-4
【在 b********g 的大作中提到】
: 话说人的DNA 有 3 billion (3E9)个碱基，按照DNA 双螺旋模型，每10个碱基形成一个
: 圆柱体（直径为2nm, 每个碱基间的间距是0.34 nm); 那么这么多DNA 的体积为：
: pi * (1 nm)^2 * 0.34 nm * 3E9 = 1.02 pi 10E9;
: DNA 在细胞核中，假设细胞核的半径为10 um = 10E4 nm, 为球形，其体积为，
: 1.3 * pi * (10E4)^3 = 1.3 pi 10E12;
: 不难看出，DNA 只占细胞核体积的千分之一。
: 如果，细胞核缩小为 5 um, DNA 充其量也不到细胞核体积的百分之一。
: 因此，细胞拥有足够的容量来容纳DNA，那么，细胞为何要用其他蛋白（histone,
: cohesin, chromatin remodeling complex, HP1)来压缩DNA,从而形成所谓的higher
: order chromatin structure?
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R****n
发帖数: 708 | 5 这个不能光看体积，chromatin fiber的强度一定比naked double strand DNA强很多.
双链DNA其实还是很rigid...
histone
呢？
177
on
约7
【在 b********g 的大作中提到】
: 大家再来看看Li-zhu style 30 nm chromatin fiber, 24 X 177 bp 的DNA与histone
: 形成一个 “double double helix” 结构，假设为圆柱体，是一个底为 27.2 nm, 高
: 为55.8 nm的圆柱体。在这个模型中，相比DNA双螺旋，每个核算对的体积扩大了多少呢？
: 30-nm chromatin fiber 每个核酸对的体积为: pi * (13.6 nm)^2 * 55.8/(24 * 177
: bp) = 2.43 pi
: 所以，形成30-nm chromatin fiber 以后，基因组的体积扩大了。 相比10-nm bead on
: a string 模型，这个体积扩大了约2.5 倍；相比DNA双螺旋模型，这个体积扩大了约7
: 倍。
: 不难推测，形成更大的higher order chromatin structure, 基因组的体积实际上是扩
: 大的。为什么呢？
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b********g
发帖数: 46 | 6 ”需要展开ＤＮＡ ,形成二级或三级结构。“
请问，这里的DNA 二级机构和三级结构 指的是什么结构？
刚才查证了下，DNA核酸间的磷酸二酯键（phosphodiester bond) 比肽键（peptide
bond)似乎是要强一些。
【在 R****n 的大作中提到】
: ＤＮＡ上附着ｐｒｏｔｅｉｎ ｃｏｍｐｌｅｘ,每种都是成千上万的.需要展开ＤＮＡ
: ,形成二级或三级结构。这些结构也要站很大体积。有ａｃｔｉｖｅ, ｐｏｉｓｅｄ
: ａｎｄ ｐｒｉｍｅ ｓｔａｔｅｓ.
: http://www.cell.com/cell/abstract/S0092-8674(15)01504-4
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H*******i
发帖数: 196 | 7 完全搞不懂你想说什么
两张A4纸，可以打10000个12号Times new roman字母，裁成条状长21m,占用体积12cm^3
，1000倍就是，12dm^3 小于一桶5加仑的水，现在要求你在一个水桶体积内，在这个
21m长的纸条上进行字符读取。在没有合理打包情况下你手工做做试试。。如果每1000
字母
都在一张小纸片上，你再处理下这个问题试下。。 |
R****n
发帖数: 708 | 8 I believed that you were from the engineering or chemistry field. You
focused more on the detailed interactions, however forgot to view the nuclei
as a complicated structure with many biochemical and physical coordinations
. These bio-structures were selected by nature for millions of years, and we
characterize these selected reactions or structure without knowing the real
scenarios the organisms experienced.
DNA 二级机构和三级结构->
https://www.cliffsnotes.com/study-guides/biology/biochemistry-ii/dna-
structure-replication-and-repair/dna-and-rna-structures
【在 b********g 的大作中提到】
: ”需要展开ＤＮＡ ,形成二级或三级结构。“
: 请问，这里的DNA 二级机构和三级结构 指的是什么结构？
: 刚才查证了下，DNA核酸间的磷酸二酯键（phosphodiester bond) 比肽键（peptide
: bond)似乎是要强一些。
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x****6
发帖数: 4339 | 9 看来是研究基因组空间结构的同好，
请问HiC这种技术吧三级结构整出来以后，除了炫酷以外，还有什么用？
nuclei
coordinations
we
real
【在 R****n 的大作中提到】
: I believed that you were from the engineering or chemistry field. You
: focused more on the detailed interactions, however forgot to view the nuclei
: as a complicated structure with many biochemical and physical coordinations
: . These bio-structures were selected by nature for millions of years, and we
: characterize these selected reactions or structure without knowing the real
: scenarios the organisms experienced.
: DNA 二级机构和三级结构->
: https://www.cliffsnotes.com/study-guides/biology/biochemistry-ii/dna-
: structure-replication-and-repair/dna-and-rna-structures
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d********m
发帖数: 3662 | 10 为了回答这个问题，可以推荐下nancy kleckner 2004年的那篇pnas，影响力不大但我
觉得很有意思，把染色体作为刚体、力学结构处理。结合了很多传统的显微镜实验。
http://www.pnas.org/content/101/34/12592.full |
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d********m
发帖数: 3662 | 11 做预测啊，生物功能，又比如疾病什么的。这东西就是在chromosome territories概念
上发展起来的
这东西如果和测序一样靠谱的话，和个人基因组互补简直就是下十年的个人医学前沿了。
问题是很多人，包括许多大牛，对chemical fixation的质疑很多。
【在 x****6 的大作中提到】
: 看来是研究基因组空间结构的同好，
: 请问HiC这种技术吧三级结构整出来以后，除了炫酷以外，还有什么用？
:
: nuclei
: coordinations
: we
: real
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x****6
发帖数: 4339 | 12 HiC 的重复性怎么样？
同一种细胞，在相同条件下，今天做和隔一年做，得出的map是一样的吗？
了。
【在 d********m 的大作中提到】
: 做预测啊，生物功能，又比如疾病什么的。这东西就是在chromosome territories概念
: 上发展起来的
: 这东西如果和测序一样靠谱的话，和个人基因组互补简直就是下十年的个人医学前沿了。
: 问题是很多人，包括许多大牛，对chemical fixation的质疑很多。
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d********m
发帖数: 3662 | 13 重复性不清楚哎。当年erez给了offer，如果去了的话，应该就能回答你了（或者更不
好回答你了）。
【在 x****6 的大作中提到】
: HiC 的重复性怎么样？
: 同一种细胞，在相同条件下，今天做和隔一年做，得出的map是一样的吗？
:
: 了。
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x****6
发帖数: 4339 | 14 这种最基本的科学都没有搞清楚，其他的就不好扯了。
【在 d********m 的大作中提到】
: 重复性不清楚哎。当年erez给了offer，如果去了的话，应该就能回答你了（或者更不
: 好回答你了）。
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s******y
发帖数: 28562 | 15 在我的理解中，核蛋白之类的东西不是为了单纯压缩DNA体积而产生的。很多微
生物的DNA上修饰的蛋白非常少，它们也能快活的活着。所以这个核蛋白对于细胞的存
活并不是一个必须功能。
核蛋白的出现，在我的直觉里，主要有几个功能。
首先一个就是保护DNA不被水解。因为大部分真核生物的染色体都是线状片段，如果没
有蛋白保护的话两头的核苷酸很容易被水解。相对比之下大部分原核微生物的DNA是环
状的，头尾相连，就没有这个被水解的风险。
另外一个是在分裂的时候保护DNA不被碰坏或切断。因为真核生物的染色体分裂是一个
涉及到比较大的张力的过程，如果DNA不是收缩成一小团一小团，而是乱七八糟的一大
堆线团一样混在一起的话，很容易会在细胞分裂的时候不小心互相缠在一起就给拉断了。
第三个，就是大家比较熟悉的，核蛋白通过改变染色体的结构，在比较高的层次上决定
某些基因是否可以表达。所以这个是细胞分化机制的一部分，也是高等生物出现的一个
条件之一。相比之下，如果没有核蛋白的话，要让身体里的细胞出现功能分化就比较麻
烦（虽然不是无法达到，但是会没有那么方便）
【在 b********g 的大作中提到】
: 话说人的DNA 有 3 billion (3E9)个碱基，按照DNA 双螺旋模型，每10个碱基形成一个
: 圆柱体（直径为2nm, 每个碱基间的间距是0.34 nm); 那么这么多DNA 的体积为：
: pi * (1 nm)^2 * 0.34 nm * 3E9 = 1.02 pi 10E9;
: DNA 在细胞核中，假设细胞核的半径为10 um = 10E4 nm, 为球形，其体积为，
: 1.3 * pi * (10E4)^3 = 1.3 pi 10E12;
: 不难看出，DNA 只占细胞核体积的千分之一。
: 如果，细胞核缩小为 5 um, DNA 充其量也不到细胞核体积的百分之一。
: 因此，细胞拥有足够的容量来容纳DNA，那么，细胞为何要用其他蛋白（histone,
: cohesin, chromatin remodeling complex, HP1)来压缩DNA,从而形成所谓的higher
: order chromatin structure?
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R****n
发帖数: 708 | 16 Our lab doesn't have the expertise to do HiC, however I used other platform
to mimic the HiC interactions. HiC seq and other similar techniques changed
our way to observe the cell. It is just a start but not an end...
【在 x****6 的大作中提到】
: 看来是研究基因组空间结构的同好，
: 请问HiC这种技术吧三级结构整出来以后，除了炫酷以外，还有什么用？
:
: nuclei
: coordinations
: we
: real
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b********g
发帖数: 46 | 17 听胖头鱼老师的言论挺有意思，受启发了。
之所以发这篇帖子是突然发现自己对分裂间期DNA的结构存在误解。此处省略283字。
从体积而言，细胞完全没有必要compact DNA，细胞核有非常充足的空间容纳DNA；从长
度而言，细胞核短了些，所以，细胞核需要folding DNA. 细胞自然是需要提供这些辅
助DNA folding 的蛋白供我们研究的。folding 过程中一个很重要的过程是DNA 的折叠
（bending etc)，一根长长的DNA需要打很多很多的折子（每个折子长约数微米）才能
容纳于细胞核。细胞想了想，打太多折子并维持着，似乎很费力，加点核蛋白 （
histone）吧，虽然增加了体积 （增加体积了也不是什么坏事啊，根据万有引力定律，
信号分子从核孔进来，更容易找到DNA)，但是折子的数目就减少很多了。每个折子之间
加些蛋白 （CTCF, SMC, cohesin etc)来固定下，形成了3C热爱研究的DNA looping。
同一侧的折子上的DNA，也许可以相互作用，就是promoter-enhancer 相互作用了。 同
一侧的折子上的某些基因不需要表达了，直接加些HP1，heterochromatin就形成了，这
就解释了同一条DNA上，虽然基因是线性的，有的表达，有的不表达。（还没有想好为
什么oncogene怎么表达的，oncogene 怎么导致cancer的，你帮我补充吧）。
细胞核内那么多的核酸酶，细胞怎么也不能够让他们随便砍啊。核蛋白不仅能够减少折
子的数目，也可以保护缠绕在其上的173 bp DNA （histone DNA not accessible by
enzyme, CRISPR can not work on this area)。那 linker DNA怎么办呢？短的linker
DNA, 加个H5? 长的linker DNA, 加个methylation (DNA methylation 出现了)?
上面我们描述了这么些DNA结构：
1. 线性DNA，----> DNA double helix;
2. 核蛋白及其DNA----> bead on a string structure;
3. 核蛋白及其DNA, H5 ---> 30 nm chromatin fiber;
4. 折子与折子及HP1 (?)-----> higher order chromatin structure (?)
（欢迎在此处提问，gene expression, nucleosome positioning, replication fork
and sister chromatin segmentation。）
我提问，在分裂间期，照推理是存在着higher order chromatin structure的，但是发
现了吗？维持这些higher order chromatin structure 的有哪些东西呢（protein,
DNA, RNA, non-coding RNA, Mg2+, spermine)？这个higher order chromatin
structure 有固定的结构吗？能重复出现吗？ |
s******y
发帖数: 28562 | 18 在分裂前期，在多种蛋白的帮助下，染色质进一步折叠变成染色体，然后高度折叠的染
色体被分配到子细胞去之后再恢复成为染色质。
这个有固定结构而且是重复出现的。
【在 b********g 的大作中提到】
: 听胖头鱼老师的言论挺有意思，受启发了。
: 之所以发这篇帖子是突然发现自己对分裂间期DNA的结构存在误解。此处省略283字。
: 从体积而言，细胞完全没有必要compact DNA，细胞核有非常充足的空间容纳DNA；从长
: 度而言，细胞核短了些，所以，细胞核需要folding DNA. 细胞自然是需要提供这些辅
: 助DNA folding 的蛋白供我们研究的。folding 过程中一个很重要的过程是DNA 的折叠
: （bending etc)，一根长长的DNA需要打很多很多的折子（每个折子长约数微米）才能
: 容纳于细胞核。细胞想了想，打太多折子并维持着，似乎很费力，加点核蛋白 （
: histone）吧，虽然增加了体积 （增加体积了也不是什么坏事啊，根据万有引力定律，
: 信号分子从核孔进来，更容易找到DNA)，但是折子的数目就减少很多了。每个折子之间
: 加些蛋白 （CTCF, SMC, cohesin etc)来固定下，形成了3C热爱研究的DNA looping。
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x****6
发帖数: 4339 | 19 改变观察细胞的方式、开始而不是终结
这话说了跟没说一样，有没有干货呢，具体一点的。
platform
changed
【在 R****n 的大作中提到】
: Our lab doesn't have the expertise to do HiC, however I used other platform
: to mimic the HiC interactions. HiC seq and other similar techniques changed
: our way to observe the cell. It is just a start but not an end...
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b********g
发帖数: 46 | 20 基因的表达决定了细胞的命运，而基因的表达调控发生在分裂间期。基因的表达受染色
质结构的影响。所以，专注于分裂间期染色质的结构。
【在 s******y 的大作中提到】
: 在分裂前期，在多种蛋白的帮助下，染色质进一步折叠变成染色体，然后高度折叠的染
: 色体被分配到子细胞去之后再恢复成为染色质。
: 这个有固定结构而且是重复出现的。
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u***n
发帖数: 10554 | |
I*********n
发帖数: 19 | 22 最直接的优点
压缩DNA可以极大降低本底表达。
【在 b********g 的大作中提到】
: 话说人的DNA 有 3 billion (3E9)个碱基，按照DNA 双螺旋模型，每10个碱基形成一个
: 圆柱体（直径为2nm, 每个碱基间的间距是0.34 nm); 那么这么多DNA 的体积为：
: pi * (1 nm)^2 * 0.34 nm * 3E9 = 1.02 pi 10E9;
: DNA 在细胞核中，假设细胞核的半径为10 um = 10E4 nm, 为球形，其体积为，
: 1.3 * pi * (10E4)^3 = 1.3 pi 10E12;
: 不难看出，DNA 只占细胞核体积的千分之一。
: 如果，细胞核缩小为 5 um, DNA 充其量也不到细胞核体积的百分之一。
: 因此，细胞拥有足够的容量来容纳DNA，那么，细胞为何要用其他蛋白（histone,
: cohesin, chromatin remodeling complex, HP1)来压缩DNA,从而形成所谓的higher
: order chromatin structure?
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b********g
发帖数: 46 | 23 再次强调下，细胞不需要压缩DNA。细胞需要折叠DNA （DNA folding)。
“降低本底表达”指的是这个吗：在无折叠情况下，线性DNA上各基因的表达取决于其
自身的promoter的“强度”，假设其平均表达为100个 （这个就是本底了吗？）；折叠
后，所有基因的表达量（率）降低到1-10？
想一想，假设蛋白是单一外显子表达的，约500个AA (这是个平均值）；外显子相应的
就含有约1500 bp；每个nuclosome含有DNA 约173bp, linker DNA 约17 bp, 这个
nucleosome + linker DNA 的小单位含有DNA 200 bp, 长度为11 nm + 17*0.34 nm =16
nm。这个蛋白的外显子公约7-8个(nucleosome+liker DNA)单位（简略写为7个），长
度为16*7 = 112 nm; 这个线性DNA 外显子的总长为 1500*0.34 nm = 510 nm。这轮折
叠相当于折叠了5倍。相比把基因表达降低（10-100倍， from 100--->1-10）,这个5倍
的折叠似乎不够。 结论，在bead on a string level的折叠，不足以降低本底的表达。
下次讨论这个30-nm chromatin 的折叠对本底基因表达的影响。
【在 I*********n 的大作中提到】
: 最直接的优点
: 压缩DNA可以极大降低本底表达。
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d********m
发帖数: 3662 | 24 what do you know
【在 u***n 的大作中提到】
: good to know
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