近期，匹茲堡大學(xué)Yang Liu教授團(tuán)隊(duì)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(jìn)展，團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)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(yùn)用隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡實(shí)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DI一作者。
研究介紹（節(jié)選）
大家都知道，在微觀尺度上，細(xì)胞核或者染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的變化是癌細(xì)胞*典型的特征之一，也是病理學(xué)家在光學(xué)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(xué)衍射級限的存在，傳統(tǒng)光學(xué)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(xué)顯微鏡對分辨率的限制，將分辨率提高到幾十甚至幾納米，大大的擴(kuò)大了我們在細(xì)胞和亞細(xì)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(jī)光學(xué)重建顯微鏡工作原理相對簡單，利用熒光分子的光轉(zhuǎn)換特性，可以獲得好的空間分辨率，因此得到了非常廣泛的應(yīng)用。把這項(xiàng)技術(shù)應(yīng)用于觀測癌變過程中細(xì)胞核的微觀結(jié)構(gòu)變化，從而研究癌癥的發(fā)病機(jī)制，并提供更加準(zhǔn)確的癌癥檢測標(biāo)準(zhǔn)，具有重要意義。
福爾馬林固定石蠟包埋組織是醫(yī)學(xué)上*常用的標(biāo)本，而目前常規(guī)應(yīng)用于顯微鏡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(dá)到很高的分辨率，這大大的影響了該技術(shù)在這一領(lǐng)域的應(yīng)用。
匹茲堡大學(xué)Liu Yang研究團(tuán)隊(duì)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)，可實(shí)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(jìn)行高分辨率的顯微鏡成像，從而實(shí)現(xiàn)對FFPE組織細(xì)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(xì)胞核內(nèi)DNA的顯微鏡超分辨成像，他們發(fā)現(xiàn)細(xì)胞在癌變過程中核內(nèi)染色質(zhì)會(huì)變得更加松散，核小體團(tuán)簇尺寸變小。而這種染色質(zhì)更為松散的結(jié)構(gòu)與細(xì)胞的多項(xiàng)功能息息相關(guān)，例如細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄過程與核纖層的結(jié)構(gòu)變化等。
研究人員利用雙色顯微鏡成像發(fā)現(xiàn)，癌癥細(xì)胞中更松散的染色質(zhì)促進(jìn)了細(xì)胞的轉(zhuǎn)錄活性，表現(xiàn)為RNA聚合酶團(tuán)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 在癌變過程中的功能有關(guān)。
研究人員進(jìn)一步將此技術(shù)用于檢測林奇綜合癥的病人組織標(biāo)本。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，與健康人相比，患有林奇綜合征的病人細(xì)胞具有更加松散的染色質(zhì)結(jié)構(gòu)，這可能預(yù)示著更高的患癌風(fēng)險(xiǎn)。這項(xiàng)發(fā)現(xiàn)可能對于癌癥的風(fēng)險(xiǎn)評估與早期診斷有著重大的意義。
參考文獻(xiàn)：
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
文章來源：力顯智能科技百家號(hào)
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