【预约试拍】随机光学重建显微镜STORM揭示了早期癌变中高阶染色质折叠的演变

【预约试拍】随机光学重建显微镜STORM揭示了早期癌变中高阶染色质折叠的演变

随机光学重建显微镜STORM技术可以提供10倍于传统光学显微镜的分辨率，是观察细胞器乃至生物大分子结构和定位的利器。

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研究介绍

2020年，美国匹兹堡大学生物医药光学影像实验室的研究人员优化了STORM成像方法，并将其用于小鼠肠上皮传统病理石蜡切片中异染色质结构的观察，获得了高质量的超分辨率图像。研究结果揭示了肿瘤细胞恶变早期的一个标志性特征——染色质高阶折叠结构逐渐变得松散和碎片化。这或许对提高癌症的诊断，分级和预防具有积极作用。

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研究内容（节选）

许多研究表明异染色质结构的缺陷会导致基因组不稳定并增加肿瘤发生风险。作者使用经过优化的STORM成像技术观察H3K9me3标记的异染色体结构，结合多种测量分析方法，发现在正常组织中，异染色体形成了高度聚合的大的纳米簇，而在肿瘤模型小鼠中，癌变的早期异染色体聚合结构逐渐扩散，提示异染色质结构解体。

图1、ApcMin/+小鼠模型异染色质结构的超分辨率成像。

作者同时拍摄了野生型和肿瘤模型小鼠肠上皮组织DAPI染色的3D-SIM图像，并测量了3D染色质结构，与正常组织对比，异染色质区的荧光强度降低，体积扩散变，共同提示异染色质结构解体。

图2、野生型小鼠正常细胞和12周ApcMin/+小鼠肿瘤细胞中DAPI染色DNA折叠的3D-SIM图像。

为了研究异染色质结构破坏对基因稳定性和转录的影响，作者选择DNA双链断裂标记γ-H2AX位点作为观察对象，发现来自肿瘤模型小鼠的标本中γ-H2AX位点数量显著增加，表明DNA损伤或基因组不稳定。作者进一步观察了癌变过程中活性转录因子RNAPII的变化，以及解体后小的DNA纳米簇与RNAPII共定位关系，证明肿瘤发生过程中转录活性逐渐增加。

图3、染色质结构破坏对转录和基因组稳定性的影响。

图4、异染色质结构破坏的功能和结构后果。

作者根据研究结果提出了描述癌变过程中异染色质结构的分子尺度模型（图5）。即正常细胞在癌变过程中向肿瘤细胞转化，染色质折叠逐渐解压缩、片段化，伴异染色质焦点扩大，从而增强转录工厂形成和基因组不稳定性。

图5、描述癌变过程中异染色质结构的分子尺度模型。