來自哈佛大學的研究人員開發出一種成像方法繪制出了單條染色體上多個區域的位置,研究結果揭示出了一些染色質結構域和隔間(compartment)的空間組織。這一研究成果發布在8月5日的《科學》(Science)雜志上。
著名的華人女科學家莊小威(Xiaowei Zhuang)和哈佛大學的Chao-ting Wu博士是這篇論文的通訊作者。莊小威早年畢業于中國科技大學少年班,34歲時成為了哈佛大學的化學和物理雙學科正教授,是哈佛物理系和化學系少有的雙科 教授。2012年莊教授當選為美國國家科學院院士,刷新了美國科學院最年輕華人院士的紀錄。她所研發的超高分辨率技術STORM與諾獎得主Eric Betzig的成果不相伯仲,卻和2014年的諾貝爾化學擦肩而過。
每年,莊小威都會領導課題組在Science、Nature、Cell三大期刊上發布一些她們取得的重大科研突破。2016年,其研究組已連接取得了一系列引人注目的研究成果。
1月,莊小威的研究小組采用超分辨率成像揭示出了不同表觀遺傳狀態的獨特染色質折疊。這一重要的成果發布Nature雜志上。 2月,莊小威教授與美國石溪大學助理教授Jarrod B. French,康寧公司的Ye Fang,以及賓夕法尼亞州立大學的Stephen J. Benkovic教授合作,揭示出了嘌呤體(Purinosome)與線粒體之間的空間共定位及功能上的關聯。這一重要的研究發現發布在Science雜 志上。
5月5日,她領導哈佛大學的研究人員在活細胞中實時成像了單個mRNA分子翻譯。這一重大的突破性成果發布在Cell雜志上。5月9日,證實基于肌動蛋白(actin)-血影蛋白(spectrin)的周期性膜骨架普遍存在于廣泛的神經細胞類型和動物物種中。這一研究發現發布在PNAS上。5月20日,莊小威帶領的研究小組在國際著名學術期刊《eLife》發表研究成果。這項研究使用超高分辨率顯微鏡來影像大腸桿菌轉錄組,并觀察到了RNA的全基因組空間組織。
在這篇Science新文章中,作者們指出在真核細胞中,DNA被包裝成稱作為染色質的復雜大分子結構。染色質的空間組織嚴重影響了基因組功能。近 期一些染色體構象捕獲研究揭示,單條染色體被分割成長度在數十千堿基(kb)到數兆堿基(Mb)之間的接觸結構域或拓撲相關結構域(TADs)。TADs作為非常長的DNA片段,包含著一個或多個基因及其調控元件。TADs是染色質組織的一個保守特征,它的一個重要功能就是形成基因調控的獨立區域,同時將它們與鄰近區域隔離開來。如果染色質重排影響TADs的組織形式,那么許多基因的表達都會發生改變,甚至引發多種人類疾病。然而到目前為止仍不清楚在單條染色體中TADs的空間組織機制。
在這里,研究人員開發出了一種成像方法來沿著單條染色體繪制許多基因組區域的空間位置,追蹤TADs在分裂間期人類常染色體和X染色體中的位置。她 們觀察發現在大長度尺度下染色質折疊偏離了理想的分形球體(Fractal globule)模型,在單條染色體中TADs很大程度上被組織成按一種極化方式空間排列的2個隔間。活化與失活的X染色體采用了不同的折疊和隔間構造。 這些結果表明了染色質結構域的空間組織可響應調控發生改變。