近期，匹茲堡大學Yang Liu教授團隊在病人組織染色質(zhì)結(jié)構(gòu)超高分辨率顯微成像方面取得了重要進展，團隊設(shè)計了可直接用于病人組織DNA結(jié)構(gòu)超分辨成像的小分子探針，運用隨機光學重建顯微鏡（STORM）實現(xiàn)了對病人組織染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的簡單、可靠并且快速的高分辨率成像，對于研究染色質(zhì)結(jié)構(gòu)在癌變過程中的作用有著重大意義。 相關(guān)成果發(fā)表在權(quán)威期刊Science Advances，徐建全博士為文章第一作者。
01研究介紹（節(jié)選）
眾所周知，在微觀尺度上，細胞核或者染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化是癌細胞最典型的特征之一，也是病理學家在光學顯微鏡下用來檢測癌癥或確定其表型的重要依據(jù)。然而目前的研究 還尚不清楚癌變過程中染色質(zhì)在分子尺度上的變化情況。
由于分辨率的限制及光學衍射極限的存在，傳統(tǒng)光學顯微鏡無法觀測到分子級別上染色質(zhì)的變化。近年來高速發(fā)展的超分辨熒光顯微鏡技術(shù)打破了傳統(tǒng)光學顯微鏡對分辨率的限制，將分辨率提高到幾十甚至幾納米，極大的擴展了我們在細胞和亞細胞水平上研究生物分子以及生物過程的能力。
在各種超分辨率顯微技術(shù)中，隨機光學重建顯微鏡 (STORM) 工作原理相對簡單，利用熒光分子的光轉(zhuǎn)換特性，可以獲得優(yōu)越的空間分辨率，因此得到了非常廣泛的應(yīng)用。把這項技術(shù)應(yīng)用于觀測癌變過程中細胞核的微觀結(jié)構(gòu)變化，從而研究癌癥的發(fā)病機制，并提供更加準確的癌癥檢測標準，具有重要意義。
福爾馬林固定石蠟包埋組織（FFPE）是醫(yī)學上最常用的標本，而目前常規(guī)應(yīng)用于STORM成像的熒光分子無法用于石蠟包埋組織中染色質(zhì)的超分辨成像，或者無法達到很高的分辨率，這極大的影響了該技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用。
匹茲堡大學Liu Yang研究團隊將光轉(zhuǎn)換性質(zhì)優(yōu)越的Cyanine-5分子與DNA染色劑Hoechst耦聯(lián)（Hoechst-Cy5），可實現(xiàn)對FFPE組織中DNA的快速染色，并利用Cyanine-5的光轉(zhuǎn)換性質(zhì)進行高分辨率的STORM成像，從而實現(xiàn)對FFPE組織細胞中染色質(zhì)超微結(jié)構(gòu)的可視化，并成功將此技術(shù)用于病人樣本的檢測。
通過對多組病人PPFE樣本的細胞核內(nèi)DNA的STORM超分辨成像，他們發(fā)現(xiàn)細胞在癌變過程中核內(nèi)染色質(zhì)會變得更加松散，核小體團簇（nucleosome clusters）尺寸變小。而這種染色質(zhì)更為松散的結(jié)構(gòu)與細胞的多項功能息息相關(guān)，例如細胞的轉(zhuǎn)錄過程與核纖層的結(jié)構(gòu)變化等。
研究人員利用雙色STORM成像發(fā)現(xiàn)，癌癥細胞中更松散的染色質(zhì)促進了細胞的轉(zhuǎn)錄活性，表現(xiàn)為RNA聚合酶（RNAPII）團簇的尺寸增大，并且與松散結(jié)構(gòu)的染色質(zhì)共定位程度增加。此外，癌變過程中，核膜的結(jié)構(gòu)發(fā)生顯著變化，核膜處的染色質(zhì)松散程度更為顯著，并且核核纖層結(jié)構(gòu)遭到破壞。這種變化可能與lamina-associated domains (LADs) 在癌變過程中的功能有關(guān)。
研究人員進一步將此技術(shù)用于檢測林奇綜合癥（Lynch）的病人組織標本。實驗結(jié)果表明，與健康人相比，患有林奇綜合征的病人細胞具有更加松散的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，這可能預示著更高的患癌風險。這項發(fā)現(xiàn)可能對于癌癥的風險評估與早期診斷有著重大的意義。
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參考文獻：
Ultrastructural visualization of chromatin in cancer pathogenesis using a simple small-molecule fluorescent probe ，Jianquan Xu, Xuejiao Sun, Kwangho Kim, Rhonda M. Brand, Douglas Hartman, Hongqiang Ma, Randall E. Brand, Mingfeng Bai, Yang Liu，Sci. Adv., 2022, DOI: 10.1126/sciadv.abm8293
