隨機光學(xué)重建顯微鏡STORM技術(shù)可以提供10倍于傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率，是觀察細胞器乃至生物大分子結(jié)構(gòu)和定位的利器。

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研究介紹

     2020年，美國匹茲堡大學(xué)的研究人員優(yōu)化了STORM成像方法，并將其用于小鼠腸上皮傳統(tǒng)病理石蠟切片中異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的觀察，獲得了高質(zhì)量的超分辨率圖像。研究結(jié)果揭示了腫瘤細胞惡變早期的一個標志性特征——染色質(zhì)高階折疊結(jié)構(gòu)逐漸變得松散和碎片化。這或許對提高癌癥的診斷，分級和預(yù)防具有積極作用。

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研究內(nèi)容（節(jié)選）

     許多研究表明異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的缺陷會導(dǎo)致基因組不穩(wěn)定并增加腫瘤發(fā)生風(fēng)險。作者使用經(jīng)過優(yōu)化的STORM成像技術(shù)觀察H3K9me3標記的異染色體結(jié)構(gòu)，結(jié)合多種測量分析方法，發(fā)現(xiàn)在正常組織中，異染色體形成了高度聚合的大的納米簇，而在腫瘤模型小鼠中，癌變的早期異染色體聚合結(jié)構(gòu)逐漸擴散，提示異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)解體。

圖1、ApcMin/+小鼠模型異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的超分辨率成像。

     作者同時拍攝了野生型和腫瘤模型小鼠腸上皮組織DAPI染色的3D-SIM圖像，并測量了3D染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，與正常組織對比，異染色質(zhì)區(qū)的熒光強度降低，體積擴散變，共同提示異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)解體。

圖2、野生型小鼠正常細胞和12周ApcMin/+小鼠腫瘤細胞中DAPI染色DNA折疊的3D-SIM圖像。

     為了研究異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞對基因穩(wěn)定性和轉(zhuǎn)錄的影響，作者選擇DNA雙鏈斷裂標記γ-H2AX位點作為觀察對象，發(fā)現(xiàn)來自腫瘤模型小鼠的標本中γ-H2AX位點數(shù)量顯著增加，表明DNA損傷或基因組不穩(wěn)定。作者進一步觀察了癌變過程中活性轉(zhuǎn)錄因子RNAPII的變化，以及解體后小的DNA納米簇與RNAPII共定位關(guān)系，證明腫瘤發(fā)生過程中轉(zhuǎn)錄活性逐漸增加。

圖3、染色質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞對轉(zhuǎn)錄和基因組穩(wěn)定性的影響。

圖4、異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)破壞的功能和結(jié)構(gòu)后果。

     作者根據(jù)研究結(jié)果提出了描述癌變過程中異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子尺度模型。即正常細胞在癌變過程中向腫瘤細胞轉(zhuǎn)化，染色質(zhì)折疊逐漸解壓縮、片段化，伴異染色質(zhì)焦點擴大，從而增強轉(zhuǎn)錄工廠形成和基因組不穩(wěn)定性。

圖5、描述癌變過程中異染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的分子尺度模型。