放大四千倍细胞解开基因组秘密

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科技日报记者 张佳欣

基因调控是发生在分子水平上的过程，传统显微镜很难观察到。在最新一期《科学》杂志在线发表的一篇论文中，美国耶鲁大学研究人员开发了一种名为染色质扩张显微镜（ChromExM）的新技术，成功地将斑马鱼胚胎细胞核的物理体积扩大了4000倍，从而大幅提高了图像分辨率。这项技术让研究人员第一次看到了单个分子在胚胎发育过程中如何塑造细胞中的基因表达，并提出了基因如何调控的新模型。这为研究基因激活和调控提供了有价值的见解。

使用ChromExM的细胞核3D可视化，显示转录因子Nanog（青色）、组蛋白H3（黄色）和DNA（洋红色）。图片来源：耶鲁大学网站

耶鲁大学医学院遗传学教授安东尼奥·吉拉尔德斯表示，精子使卵子受精后，基因组最初是“沉默的”。受精卵必须转变为瞬时多能干细胞，才能发育出健康的胚胎。编程该细胞产生其他细胞需要启动基因组。

多年来，该团队一直在研究基因组是如何被激活的。此次，ChromExM帮助研究人员可视化基因组是如何调控的。他们使用了一种非常传统的工具，即共聚焦显微镜，将之与ChromExM结合，获得了细胞分子结构的极高分辨率图像。

这个过程就像放在水里的玩具蛋膨胀成恐龙一样。当玩具蛋被扔进水中，刚开始恐龙的特征尚不可见，但随着玩具蛋的涨大，它从某种无定形的东西变成了具有详细特征的生物。现在，这种“恐龙”的体型已经是原来玩具蛋的4000倍。

利用ChromExM，团队开发出一种新的基因调控模型。新模型描述了DNA中的调节区增强子是如何与基因启动子相互作用，触发基因表达的瞬时过程，以及转录的突然暴发如何导致调节区分离基因以暂停表达。

吉拉尔德斯表示，新技术让研究人员能够看到以前无法看到的细胞核中的基本过程，从胚胎的形成到疾病发生，这些过程是生命中一切事件的基础。

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