著名學者莊小威Nature發布重要表觀遺傳發現

【字體: 時間:2016年01月15日 來源:生物通

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  來自哈佛大學及麻省理工學院的研究人員稱,她們采用超分辨率成像揭示出了不同表觀遺傳狀態的獨特染色質折疊。這一重要的成果發布在1月13日的《自然》(Nature)雜志上。

  

生物通報道  來自哈佛大學及麻省理工學院的研究人員稱,她們采用超分辨率成像揭示出了不同表觀遺傳狀態的獨特染色質折疊。這一重要的成果發布在1月13日的《自然》(Nature)雜志上。

論文的通訊作者是著名的華人女科學家莊小威(Xiaowei Zhuang)。莊小威早年畢業于中國科技大學少年班,34歲時成為了哈佛大學的化學和物理雙學科正教授,是哈佛物理系和化學系少有的雙科教授。2012年莊教授當選為美國國家科學院院士,刷新了美國科學院最年輕華人院士的紀錄。她所研發的超高分辨率技術STORM與諾獎得主Eric Betzig的成果不相伯仲,卻和2014年的諾貝爾化學擦肩而過(延伸閱讀:著名學者莊小威Cell發布突破性技術 )。

多方的證據表明,千堿基至兆堿基尺度上的染色質空間組織對于基因組功能至關重要?;?、基因簇及調控結構域的大小都在這一范圍內;此外,相隔這一距離范圍的基因組元件相互之間的物理互作對于基因活性起重要作用。

近期的高通量染色質構象捕獲研究揭示,單條染色體被分割成長度在數十千堿基(kb)到數兆堿基(Mb)之間的接觸結構域或拓撲相關結構域,這種結構組織有可能與各種基因組功能相關。此外,也有人將染色質分割為以生物化學修飾和DNA結合蛋白為特征的不同表觀遺傳狀態結構域。然而,目前對于這些不同表觀遺傳狀態間的染色質三維(3D)組織差異卻不是很清楚。

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在這篇Nature文章,莊小威與同事們采用超分辨率成像調查了不同表觀遺傳狀態的染色質3D組織。她們在果蠅中將基因組結構域分為轉錄活化、轉錄失活或多梳(Polycomb)抑制三種不同的狀態,并觀察了每種狀態的不同染色體組織。

研究人員發現三種類型的染色質結構域三維物理尺寸和結構域長度之間均顯示冪次(power-law)縮放比例,但每種類型具有不同的縮放指數。多梳抑制結構域顯示最密集的包裝及最有趣的染色質折疊特性:染色質包裝密度隨結構域長度而增加。不同于轉錄活化和轉錄失活染色質顯示相似的組織,多梳抑制結構域內染色質高度地混雜在一起。并且,相比于失活結構域,多梳抑制結構域在空間上更大程度排斥鄰近的活化染色質。計算模擬和敲低實驗表明,多梳家族蛋白(Polycomb-group protein)介導的可逆性染色質互作,對這些抑制染色質的獨特包裝特性起重要作用。

新研究利用超分辨率圖像揭示出了Kb-Mb尺度上不同表觀遺傳狀態的獨特染色質包裝。研究結果表明,表觀遺傳因子不僅將基因組劃分成為了具有不同生物化學特性的獨特一維結構域,還可以塑造這些結構域的三維納米級結構,這有可能與一些生物化學特性一起發揮作用調控了基因表達。

(生物通:何嬙)

生物通推薦原文摘要:

Super-resolution imaging reveals distinct chromatin folding for different epigenetic states

Metazoan genomes are spatially organized at multiple scales, from packaging of DNA around individual nucleosomes to segregation of whole chromosomes into distinct territories1, 2, 3, 4, 5. At the intermediate scale of kilobases to megabases, which encompasses the sizes of genes, gene clusters and regulatory domains, the three-dimensional (3D) organization of DNA is implicated in multiple gene regulatory mechanisms2, 3, 4, 6, 7, 8, but understanding this organization remains a challenge. At this scale, the genome is partitioned into domains of different epigenetic states that are essential for regulating gene expression……

作者簡介:

莊小威

1972年出生于江蘇省如皋縣,1987年畢業于蘇州中學的科大少年班預備班,1991年,獲得中國科學技術大學物理學學士,1997年,她獲美國加州大學伯克利分校物理學博士,1997年至2001年于斯坦福大學攻讀博士后。作為年僅40歲的女性,莊小威在科學殿堂里取得的成就令人矚目,她34歲成為哈佛的化學和物理雙學科正教授,是哈佛物理系和化學系少有的雙科教授,她在哈佛大學建立了自己的實驗室,還是霍華德•休斯醫學研究所的研究員,2012年5月1日,她當選為美國國家科學院院士。

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