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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)胞核的物理體積擴大了4000倍,從而大幅提高了圖像分辨率。這項技術(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,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,該團隊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,團隊開發(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)增強子是如何與基因啟動子相互作用,觸發(fā)基因表達的瞬時過程,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。

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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