放大四千倍細(xì)胞解開基因組秘密

2023-07-11 07:49:03來源：科技日報

(資料圖片)

科技日報記者?張佳欣

基因調(diào)控是發(fā)生在分子水平上的過程，傳統(tǒng)顯微鏡很難觀察到。在最新一期《科學(xué)》雜志在線發(fā)表的一篇論文中，美國耶魯大學(xué)研究人員開發(fā)了一種名為染色質(zhì)擴(kuò)張顯微鏡（ChromExM）的新技術(shù)，成功地將斑馬魚胚胎細(xì)胞核的物理體積擴(kuò)大了4000倍，從而大幅提高了圖像分辨率。這項(xiàng)技術(shù)讓研究人員第一次看到了單個分子在胚胎發(fā)育過程中如何塑造細(xì)胞中的基因表達(dá)，并提出了基因如何調(diào)控的新模型。這為研究基因激活和調(diào)控提供了有價值的見解。

使用ChromExM的細(xì)胞核3D可視化，顯示轉(zhuǎn)錄因子Nanog（青色）、組蛋白H3（黃色）和DNA（洋紅色）。圖片來源：耶魯大學(xué)網(wǎng)站

耶魯大學(xué)醫(yī)學(xué)院遺傳學(xué)教授安東尼奧·吉拉爾德斯表示，精子使卵子受精后，基因組最初是“沉默的”。受精卵必須轉(zhuǎn)變?yōu)樗矔r多能干細(xì)胞，才能發(fā)育出健康的胚胎。編程該細(xì)胞產(chǎn)生其他細(xì)胞需要啟動基因組。

多年來，該團(tuán)隊(duì)一直在研究基因組是如何被激活的。此次，ChromExM幫助研究人員可視化基因組是如何調(diào)控的。他們使用了一種非常傳統(tǒng)的工具，即共聚焦顯微鏡，將之與ChromExM結(jié)合，獲得了細(xì)胞分子結(jié)構(gòu)的極高分辨率圖像。

這個過程就像放在水里的玩具蛋膨脹成恐龍一樣。當(dāng)玩具蛋被扔進(jìn)水中，剛開始恐龍的特征尚不可見，但隨著玩具蛋的漲大，它從某種無定形的東西變成了具有詳細(xì)特征的生物。現(xiàn)在，這種“恐龍”的體型已經(jīng)是原來玩具蛋的4000倍。

利用ChromExM，團(tuán)隊(duì)開發(fā)出一種新的基因調(diào)控模型。新模型描述了DNA中的調(diào)節(jié)區(qū)增強(qiáng)子是如何與基因啟動子相互作用，觸發(fā)基因表達(dá)的瞬時過程，以及轉(zhuǎn)錄的突然暴發(fā)如何導(dǎo)致調(diào)節(jié)區(qū)分離基因以暫停表達(dá)。

吉拉爾德斯表示，新技術(shù)讓研究人員能夠看到以前無法看到的細(xì)胞核中的基本過程，從胚胎的形成到疾病發(fā)生，這些過程是生命中一切事件的基礎(chǔ)。

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