Cell论文详解!庄小威传授提醒人类染色体的三维构造

2020年11月25日讯/BIOON/---在高中教材中，人类的染色体被描画成X外形，就像两个热狗卡在一路。然则，这些构造远非精确。Jun-Han Su说，“在90%的情况下，染色体并不是如许存在的。” 客岁，在Su博士卒业之前，他和美国哈佛年夜学文理学院研讨生院的三名在读博士生---PuZheng、SeonKinrot和BogdanBintu---一路拍摄了人类染色体的高分辩率三维图像。现在，这些图像可以供给足够的证据，将那些X外形改变为更庞杂但更精确的符号，不只可以教给下一代的迷信家，还可以协助这一代人揭开染色体构造若何影响功效的谜团。

应用多重荧光原位杂交和超分辩率显微镜制造出的黑色染色质图像，图片来自XiaoweiZhuang lab。 包含人类在内的一切生物都必需发生新的细胞，以代替那些过于衰老而无法发扬感化的细胞。为了做到这一点，细胞会产生决裂和复制它们的DNA。若按直线延长，单个细胞中的DNA可以到达6英尺，一切的DNA都邑被包裹在细胞核中，构成慎密而庞杂的构造。只需在复制或从新环绕纠缠这些物资时呈现一个毛病，就会招致基因产生渐变或呈现功效妨碍。 缩小到足以看到染色质构造是艰苦的。但是，同时不雅察构造和功效则加倍艰苦。现在，在一项新的研讨中，哈佛年夜学的庄小威（XiaoweiZhuang）传授和她的研讨团队申报了一种新的办法：对染色质的构造和功效一路成像，然后将一些可以衔接的位点（“基因组位点”）衔接起来，如许就可肯定染色质的构造和功效中的一种若何影响另一种，以保持正常的功效或许招致疾病。相干研讨成果近期揭橥在Cell期刊上，论文题目为“Genome-Scale Imaging of the 3D Organization and Transcriptional Activity of Chromatin”。

图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.07.032。 庄小威传授说，“肯定三维构造关于懂得这种构造面前的分子机制以及懂得这种构造若何调理基因组功效十分主要。 应用这种新的高分辩率三维成像办法，庄小威团队开端从全体46条染色体的广角镜图像和每条染色体的一段特写图像中构建染色体图谱。为了对一些因太小而不克不及成像的器械停止成像，他们沿着每条DNA链捕获可以衔接的位点。经过将这些位点衔接在一路，他们可以形片面的染色质构造图。 但有一个成绩。庄小威传授说，此前，他们能成像和辨认的位点的数目受限于他们能一路成像的色彩数目：三个。三个位点无法构建出片面的染色质构造图。 于是，庄小威团队想出了一个按部就班的方法：对三个分歧的位点停止成像，淬灭旌旗灯号，然后疾速持续地对别的三个位点停止成像。经过这种技巧，每个位点都能获得两个辨认标记：色彩和图像轮次（image round，即第几轮成像）。 庄小威传授说，“现在，我们实践上同时对60个位点停止成像和定位，主要的是，还可对它们停止辨认。” 不外，为了笼罩全部基因组，他们照样须要更多的位点：不计其数个位点，是以他们转向了一种曾经用于组装和存储年夜量信息的说话：二进制。经过将二进制条形码印在分歧的染色质位点上，他们可以对更多的位点停止成像，并在之后对它们的身份停止解码。比方，一种在第一轮成像但没有在第二轮成像的分子会获得一个以“10”开首的条形码。应用20位条形码，该团队只需20轮成像就能区分2000种分子。庄小威传授说，“经过这种组合方法，我们可以更快地添加被成像和辨认的分子数目。” 经过这种技巧，该团队对每个细胞约2000个染色质位点停止了成像，这比他们之前的研讨添加了十多倍，从而足以构成染色体的构造在其自然情况中的高分辩率图像。但他们并没有止步于此：他们还对转录运动（DNA经转录发生RNA）以及诸如核雀斑（nuclear speckle）和核仁之类的亚细胞核构造停止了成像。 经过他们的基因组三维谷歌地图，他们可以开端剖析基因组构造若何跟着工夫的推移而变更，以及这些区域活动若何协助或伤害细胞决裂和复制。 迷信家们曾经晓得染色质被分红了分歧的区域（比方戈壁和城市）。但这些区域在分歧类型的细胞中是什么样子的，它们是若何运作的，依然是未知数。经过他们的高分辩率图像，庄小威团队肯定，含有好多基因的区域（富含基因区域）偏向于与任何一条染色体上的相似区域集合在一路。然则，含有较少基因的区域（基因穷困区域）仅在它们位于统一条染色体上时才集聚集在一路。一种实际以为，富含基因区域是基因转录的活泼场合，它们像工场一样集合在一路，以完成更高效的临盆。 固然在证明这一实际之前还须要展开更多的研讨，然则现在有一点是确定的：部分染色质情况影响转录活性。构造的确会影响功效。庄小威团队还发明，没有两条染色体看起来是一样的，即便在其他方面完整雷同的细胞中也是如斯。要想发明人体每个细胞中的每条染色体是什么样子的，须要展开的研讨任务远远超越单个试验室可以独自承当的规模。 庄小威传授说，“仅仅树立在我们的研讨任务上是弗成能的。我们须要树立在好多好多试验室的研讨任务根底上，才干有一个片面的懂得。”（100医药网 100yiyao.com）