用于研究 DNA 壓縮和基因活動(dòng)的熒光壽命成像

研究細(xì)胞核中的基因組 DNA 壓縮和活細(xì)胞環(huán)境中生理過(guò)程或疾病發(fā)展過(guò)程中的動(dòng)態(tài)重組極具挑戰(zhàn)性。這種復(fù)雜性源于將約 2 米的基因組 DNA 容納到細(xì)胞核中所需的高度壓實(shí)，細(xì)胞核的直徑通常為 5 到 10 微米。此外，染色質(zhì)壓實(shí)密度不是靜態(tài)的，而是隨著時(shí)間的推移而波動(dòng)，以適應(yīng)基因活動(dòng)。同時(shí)，即使對(duì)于亞衍射成像模式，光學(xué)顯微鏡的 3D 分辨率也不夠高，從而限制了對(duì)復(fù)雜基因組結(jié)構(gòu)的空間幾何及其動(dòng)態(tài)變換的研究。

在Light Science & Application上發(fā)表的一篇新論文中s，由中國(guó)深圳大學(xué)生物醫(yī)學(xué)光學(xué)與光子學(xué)中心&物理與光電工程學(xué)院曲俊樂(lè)教授和國(guó)立大學(xué)激光、光子學(xué)與生物光子學(xué)研究所Paras N. Prasad教授領(lǐng)導(dǎo)的科學(xué)家團(tuán)隊(duì)位于美國(guó)布法羅的紐約大學(xué)開(kāi)發(fā)了一種基于熒光壽命成像 (FLIM) 的替代策略，以克服傳統(tǒng)方法的現(xiàn)有局限性。作者提出了兩種獨(dú)立的 FLIM 檢測(cè)方法，可以對(duì) DNA 壓實(shí)進(jìn)行精細(xì)測(cè)量。第一個(gè)依賴于摻入 DNA 的熒光探針的熒光壽命與其局部折射率之間的反二次關(guān)系，由于染色質(zhì)壓實(shí)密度而變化。

在他們的研究中，這兩種 FLIM 檢測(cè)都在培養(yǎng)細(xì)胞中得到驗(yàn)證，在那里他們比較分析了富含基因的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)域的壓實(shí)，這些結(jié)構(gòu)域在早期 S 期和中后期 S 期復(fù)制并主要包含非編碼序列.. 獲得的數(shù)據(jù)證明了兩種 FLIM 檢測(cè)的靈敏度，并揭示了基因組 DNA 富含基因和基因貧乏池的壓實(shí)的顯著差異。他們表明，與缺乏活性基因的密集 DNA 結(jié)構(gòu)域相比，富含基因的 DNA 被松散地壓縮。

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