放大四千倍細胞解開基因組秘密
(資料圖片)
科技日報記者?張佳欣
基因調控是發生在分子水平上的過程，傳統顯微鏡很難觀察到。在最新一期《科學》雜志在線發表的一篇論文中，美國耶魯大學研究人員開發了一種名為染色質擴張顯微鏡（ChromExM）的新技術，成功地將斑馬魚胚胎細胞核的物理體積擴大了4000倍，從而大幅提高了圖像分辨率。這項技術讓研究人員第一次看到了單個分子在胚胎發育過程中如何塑造細胞中的基因表達，并提出了基因如何調控的新模型。這為研究基因激活和調控提供了有價值的見解。
使用ChromExM的細胞核3D可視化，顯示轉錄因子Nanog（青色）、組蛋白H3（黃色）和DNA（洋紅色）。圖片來源：耶魯大學網站
耶魯大學醫學院遺傳學教授安東尼奧·吉拉爾德斯表示，精子使卵子受精后，基因組最初是“沉默的”。受精卵必須轉變為瞬時多能干細胞，才能發育出健康的胚胎。編程該細胞產生其他細胞需要啟動基因組。
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控的。他們使用了一種非常傳統的工具，即共聚焦顯微鏡，將之與ChromExM結合，獲得了細胞分子結構的極高分辨率圖像。
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特征的生物。現在，這種“恐龍”的體型已經是原來玩具蛋的4000倍。
利用ChromExM，團隊開發出一種新的基因調控模型。新模型描述了DNA中的調節區增強子是如何與基因啟動子相互作用，觸發基因表達的瞬時過程，以及轉錄的突然暴發如何導致調節區分離基因以暫停表達。
吉拉爾德斯表示，新技術讓研究人員能夠看到以前無法看到的細胞核中的基本過程，從胚胎的形成到疾病發生，這些過程是生命中一切事件的基礎。
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