哈佛大学 使用多重荧光原位杂交和超分辨率显微术创建了染色质的多色图像
信用:小魏庄实验室 在高中教科书中，人类染色体被描绘成不稳定的Xs，就像两个热狗挤在一起
但是这些图像远不准确
“90%的时间里，”君-苏晗说，“染色体不像那样存在
" 去年，苏博士毕业前
D
，他和三个现任博士
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文理研究生院的候选人——朴正、申金洛和波格丹一世·宾图——捕捉到了人类染色体的高分辨率三维图像，这些染色体是我们基因的复杂外壳
现在，这些图像可以提供足够的证据，将这些Xs转换成更复杂但更精确的符号，不仅可以教给下一代科学家，还可以帮助当代人解开染色体结构如何影响功能的谜团
包括人类在内的所有生物都必须创造新的细胞来取代那些太旧、太破旧而无法运作的细胞
为了做到这一点，细胞分裂并复制它们的脱氧核糖核酸，这些脱氧核糖核酸被包裹在染色质内的迷宫式文库中，染色质是染色体内的物质
单个细胞中的脱氧核糖核酸呈直线延伸，可以达到6英尺，所有这些都被包裹在细胞核中紧密复杂的结构中
仅仅是一个复制或重组遗传物质的错误就可能导致基因突变或故障
放大到足以看到染色质结构是困难的
但是同时考虑结构和功能就更加困难了
现在，庄和她的团队在8月份发表在《细胞》杂志上的一篇论文中报道了一种新的方法，将染色质的结构和行为成像在一起，将这些点连接起来，以确定一个点如何影响另一个点来维持正常的功能或导致疾病
“确定三维组织是非常重要的，”大卫·B·庄说
小阿诺德
科学教授，“理解组织的分子机制，也理解这个组织如何调节基因组功能
" 利用他们新的高分辨率三维成像方法，该团队开始从所有46条染色体的广角镜头图像和一条染色体的一个部分的特写镜头构建染色体图
为了成像一些仍然太小而无法成像的东西，他们沿着每条DNA链捕捉了一些连接点(“基因组位点”)
通过连接大量的点，它们可以形成染色质结构的全面图像
但是有一个障碍
庄说，以前，他们能成像和识别的点的数量受到他们能一起成像的颜色数量的限制:三种
三个点并不能构成一幅全面的画面
因此，庄和她的团队想出了一个连续的方法:对三个不同的位点成像，抑制信号，然后快速连续地对另外三个位点成像
通过这种技术，每个点都有两个识别标记:颜色和圆形图像
庄说:“现在我们实际上同时对60个基因座进行了成像和定位，更重要的是，进行了鉴定。”
然而，为了覆盖整个基因组，他们需要更多的——数千个——所以他们转向一种已经被用来组织和存储大量信息的语言:二进制
通过在不同的染色质位点上压印二进制条形码，他们可以对更多的位点成像，并在以后解码它们的身份
例如，在第一轮而不是第二轮成像的分子得到以“10”开头的条形码
“有了20位条形码，该团队只需20轮成像就能区分2000个分子
庄说:“通过这种组合方式，我们可以更快地增加成像和识别的分子数量。”
利用这种技术，研究小组对每个细胞大约2000个染色质位点进行了成像，比他们以前的工作增加了10倍多，足以形成染色体结构在其自然栖息地的高分辨率图像
但他们并没有止步于此:他们还对转录活动(当核糖核酸从脱氧核糖核酸复制遗传物质时)和核结构(如核斑点和核仁)进行了成像
有了基因组的三维谷歌地图，他们可以开始分析结构如何随时间推移而改变，以及这些领土运动如何帮助或伤害细胞分裂和复制
研究人员已经知道染色质被分成不同的区域和领域(比如沙漠和城市)
但是这些地形在不同的细胞类型中是什么样的，它们是如何起作用的还不清楚
庄和他的团队利用高分辨率图像确定了基因丰富的区域往往会聚集到任何染色体上相似的区域
但是基因很少的区域(“基因贫乏”)只有在共享同一条染色体的情况下才会聚集在一起
一种理论认为，作为基因转录活性位点的基因富集区像工厂一样聚集在一起，以实现更高效的生产
虽然在证实这一理论之前还需要更多的研究，但现在有一件事是肯定的:局部染色质环境影响转录活性
结构确实影响功能
研究小组还发现，没有哪两条染色体看起来是相同的，即使是在完全相同的细胞中
要发现人体每个细胞中的每个染色体是什么样的，需要做的工作比一个实验室单独承担的要多得多
“仅仅依靠我们的工作是不可能的，”庄说
“为了获得全面的了解，我们需要在许多实验室的工作基础上再接再厉
"
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