Nature：莊小威團隊實現染色質組織的直接成像

　　后生動物基因組在空間的多個尺度上，通過DNA圍繞著核小體將整條染色體分為不同的區域隔離包裝。染色質在細胞核中是怎樣折疊的對從基因表達的調控到DNA復制的很多生物過程都有重要意義。從千堿基到兆堿基的規模，其中包括基因的大小，基因簇和調控域，三維DNA的組織方式在多基因調控機制被涉及到，但了解這個組織方式仍然是個挑戰。在這個尺度上，基因組被劃分成不同的表觀遺傳狀態的域，這是調節基因表達是必不可少的。1月21日Nature上報導了莊小威及同事使用超分辨率成像，調查了染色質在不同的表觀遺傳狀態的三維組織方式。

　　用不同的表觀遺傳狀態下的空間組織直接成像，需要對基因組原位標記和染色質結構高分辨率成像。在這篇文章中，莊小威團隊使用熒光原位雜交（FISH）標簽，即熒光染料標記的互補寡核苷酸探針來標記基因組的特定區域。此研究采用和修改先前報道的Oligopaint方法產生的數以千計的寡核苷酸探針。使用大規模并行合成寡核苷酸，標記數千到數兆堿基長的基因組區域。實現了最近所描述的，如圖所示的酶擴增法高收率探針合成。使用的滲透平衡固定條件，以盡量減少收縮效應觀察染色質收縮（擴展）。然后，她們使用標記的染色質區域進行超分辨率成像。三維隨機光學重建顯微鏡（3D-STORM）的方法產生20 nm xy和50 nm z的細胞分辨率的特定基因組區域圖像。

　　她們將果蠅細胞基因組的分為轉錄活性的，非轉錄活性的和轉錄抑制因子Polycomb抑制狀態，并觀察不同每個狀態的染色質組織。所有這三種類型的染色質域在它們的三維物理尺寸和它們的域長度上表現出指數比例變化，但每種類型有一個不同的縮放指數。

　　Polycomb 抑制域顯示密集的包裝和最有趣的染色質折疊行為，其中染色質堆積密度隨長度的增加而增加。和轉錄活躍和非活躍的染色質不同，Polycomb抑制域具有高程度的染色質的域內混合。此外，與非活躍的域相比，Polycomb抑制域在空間上更強地排斥相鄰的活躍染色質。

　　非轉錄活性染色質與一個聚合物分子的 “fractal globule”狀態相似，而 Polycomb抑制域則有獨特的緊湊組織，并與其他區域在空間上是分離的，這可解釋為什么基因表達在這種狀態下受到如此強烈的抑制。

　　計算模型實驗表明，由Polycomb蛋白介導的可逆的染色質的相互作用，在壓縮染色質包裝的獨特屬性中，發揮重要的作用。此研究的超分辨率圖像顯示了，在千堿基到兆堿基的長度規模，不同的表觀遺傳狀態下，染色質包裝是不同的。其長度的規模是直接相關的基因組調控。