加州理工学院 小鼠胚胎干细胞基因组的三维组织
左边的每个点代表一个细胞中超过2000个基因组位点中的一个
放大视图显示在中间和右侧面板中
学分:蔡实验室 隐藏在你每个细胞细胞核深处的似乎是一个魔术:6英尺的脱氧核糖核酸被包装在一个比人类头发宽度小50倍的微小空间里
就像一根细长的基因意大利面条一样，你整个身体的DNA蓝图被折叠并压缩成染色体结构，以适应这个空间
细胞核中还包含称为核小体的结构，核小体是一种类似细胞机器的蛋白质
好像脱氧核糖核酸和核体不足以容纳一立方微米的体积，核糖核酸链(将被翻译成蛋白质)也塞满了整个核
细胞核的三维空间组织很重要；它在各个细胞之间有所不同，并可能导致细胞状态的差异，例如，脑细胞与肌肉细胞的表型
现在，加州理工学院的研究人员开发了一种新技术来成像细胞核，包括它的脱氧核糖核酸、核糖核酸和蛋白质
这项被称为seqFISH+的新技术使团队能够就细胞核的组织如何影响细胞功能做出多项新发现
2021年1月27日，在《自然》杂志上发表了一篇由生物与生物工程教授龙材实验室进行的研究论文
蔡是加州理工学院天桥与陈神经科学研究所的附属教师
最近开发的其他技术可以确定细胞中哪些基因在什么水平上是活跃的，但是seqFISH+的优势在于它可以以高分辨率看到完整的核结构
虽然以前的成像技术可以说明染色体组织，但它们不能同时大规模成像脱氧核糖核酸、核糖核酸和蛋白质
seqFISH+整合了这些现有技术的优势，给出了细胞核中发生的全部情况
“细胞染色体的结构和其DNA的折叠方式对基因表达和调控有影响，”蔡解释说
“许多染色体研究是通过平均许多细胞来完成的，但是不同细胞之间的基因表达是不同的
我们真的需要一种方法来观察单细胞内部的结构
" “seqFISH+有很多可能的应用
例如，它可以用来回答诸如癌细胞的细胞核是否与健康细胞的细胞核一样的问题，”蔡说
“我们可以使用seqFISH+在完整的组织中成像细胞核，而不必将它们分解成单个细胞
" 事实上，正如《自然》杂志论文中所描述的，seqFISH+已经提供了对核结构的见解
该团队由研究生竹井佑代领导，展示了几项新的重大发现
首先，研究小组发现基因组的某些片段位于核小体结构的表面
研究表明，这些区域不是随机的；与核体的空间邻近以确定的方式发生，这意味着核体可以作为基因组的“支架”
其次，研究小组发现，脱氧核糖核酸和核小体之间的这些界面与以前发现的脱氧核糖核酸-蛋白质相互作用的结果一致，这是由加州理工学院芭芭拉·沃尔德实验室开发的技术
D
78)，布伦分子生物学教授
最后，研究小组报告称，不同细胞之间的核状态差异很大——比以前认识到的更大——这为未来的研究指明了方向
这篇论文的题目是“综合空间基因组学揭示了单个细胞核的全球结构
"
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