著名學者莊小威Science發表遺傳學重要成果

【字體: 時間:2016年08月08日 來源:生物通

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  來自哈佛大學的研究人員開發出一種成像方法繪制出了單條染色體上多個區域的位置,研究結果揭示出了一些染色質結構域和隔間(compartment)的空間組織。這一研究成果發布在8月5日的《科學》(Science)雜志上。

  

生物通報道  來自哈佛大學的研究人員開發出一種成像方法繪制出了單條染色體上多個區域的位置,研究結果揭示出了一些染色質結構域和隔間(compartment)的空間組織。這一研究成果發布在8月5日的《科學》(Science)雜志上。

著名的華人女科學家莊小威(Xiaowei Zhuang)和哈佛大學的Chao-ting Wu博士是這篇論文的通訊作者。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。

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每年,莊小威都會領導課題組在Science、Nature、Cell三大期刊上發布一些她們取得的重大科研突破。2016年,其研究組已連接取得了一系列引人注目的研究成果。

1月,莊小威的研究小組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Nature雜志上(著名學者莊小威Nature發布重要表觀遺傳發現)。2月,莊小威教授與美國石溪大學助理教授Jarrod B. French,康寧公司的Ye Fang,以及賓夕法尼亞州立大學的Stephen J. Benkovic教授合作,揭示出了嘌呤體(Purinosome)與線粒體之間的空間共定位及功能上的關聯。這一重要的研究發現發布在Science雜志上(著名學者莊小威Science再發突破性新成果)。

5月5日,她領導哈佛大學的研究人員在活細胞中實時成像了單個mRNA分子翻譯。這一重大的突破性成果發布在Cell雜志上(著名學者莊小威Cell發布重大突破)。5月9日,證實基于肌動蛋白(actin)-血影蛋白(spectrin)的周期性膜骨架普遍存在于廣泛的神經細胞類型和動物物種中。這一研究發現發布在PNAS上(著名學者莊小威PNAS發表重要新成果 )。5月20日,莊小威帶領的研究小組在國際著名學術期刊《eLife》發表研究成果。這項研究使用超高分辨率顯微鏡來影像大腸桿菌轉錄組,并觀察到了RNA的全基因組空間組織(著名學者莊小威eLife發表新成果)。

在這篇Science新文章中,作者們指出在真核細胞中,DNA被包裝成稱作為染色質的復雜大分子結構。染色質的空間組織嚴重影響了基因組功能。近期一些染色體構象捕獲研究揭示,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(TADs)。TADs作為非常長的DNA片段,包含著一個或多個基因及其調控元件。TADs是染色質組織的一個保守特征,它的一個重要功能就是形成基因調控的獨立區域,同時將它們與鄰近區域隔離開來。如果染色質重排影響TADs的組織形式,那么許多基因的表達都會發生改變,甚至引發多種人類疾病。然而到目前為止仍不清楚在單條染色體中TADs的空間組織機制。

在這里,研究人員開發出了一種成像方法來沿著單條染色體繪制許多基因組區域的空間位置,追蹤TADs在分裂間期人類常染色體和X染色體中的位置。她們觀察發現在大長度尺度下染色質折疊偏離了理想的分形球體(Fractal globule)模型,在單條染色體中TADs很大程度上被組織成按一種極化方式空間排列的2個隔間?;罨朧Щ畹腦染色體采用了不同的折疊和隔間構造。這些結果表明了染色質結構域的空間組織可響應調控發生改變。

(生物通:何嬙)

生物通推薦原文摘要:

Spatial organization of chromatin domains and compartments in single chromosomes

The spatial organization of chromatin critically affects genome function. Recent chromosome-conformation-capture studies have revealed topologically associating domains (TADs) as a conserved feature of chromatin organization, but how TADs are spatially organized in individual chromosomes remains unknown. Here, we developed an imaging method for mapping the spatial positions of numerous genomic regions along individual chromosomes and traced the positions of TADs in human interphase autosomes and X chromosomes. We observed that chromosome folding deviates from the ideal fractal-globule model at large length scales and that TADs are largely organized into two compartments spatially arranged in a polarized manner in individual chromosomes. Active and inactive X chromosomes adopt different folding and compartmentalization configurations. These results suggest that the spatial organization of chromatin domains can change in response to regulation.

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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