01研究介紹

真核細胞通過一種分級的DNA-蛋白質(zhì)組裝壓縮方式凿食，將長達2米的基因組DNA包裝在一個直徑為幾微米的細胞核中。第一級是核小體，由147 bp的DNA包裹在四個核心組蛋白（H2A感凤、H2B、H3和H4）構成的八聚體上組成。然后，核小體的這個基本重復單元被組織成 10 納米的“串珠”染色質(zhì)纖維没讲，進一步壓縮成更高階的染色質(zhì)結(jié)構，以適應微米大小的細胞核礁苗。染色質(zhì)的組織受到大量化學修飾的調(diào)控爬凑，特別是在組蛋白核心蛋白的N端尾部，如乙跏曰铮化和甲基化嘁信。組蛋白修飾調(diào)節(jié)核小體包裝成高階染色質(zhì)結(jié)構，以影響基因組DNA對轉(zhuǎn)錄機制蛋白的可及性疏叨。隨后吱抚，不同表觀基因組狀態(tài)下的染色質(zhì)壓縮控制著它們的基因表達百宇，并對許多細胞過程產(chǎn)生顯著影響，如DNA復制狱林、細胞分裂、DNA損傷和DNA修復涛帐。

不同的組蛋白修飾如何在每個表觀基因組狀態(tài)下塑造高階染色質(zhì)結(jié)構仍然是一個重要的問題衙到。由于傳統(tǒng)光學顯微鏡的分辨率有限，目前對不同組蛋白修飾定義的高階染色質(zhì)結(jié)構的理解是通過體外生化分析間接推斷出來的梯匠，如染色質(zhì)免疫沉淀（ChIP）贱避。這些分析通常依賴于對來自聚集細胞群的片段DNA的分析，并在單細胞水平上丟失信息扶绒。目前疙汁，超分辨率熒光顯微鏡的最新進展使在固定細胞和活細胞中進行低于衍射有限分辨率的染色質(zhì)結(jié)構成像成為可能》基于定位的超分辨率顯微鏡语哺，如（直接）隨機光學重建顯微鏡（STORM）提供了一種最佳的空間分辨率，直接可視化以前不可見的高階染色質(zhì)結(jié)構甚至光學分辨率20-30納米的體內(nèi)單細胞核刑炎。超分辨率成像顯示忽仗，體內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構由異質(zhì)的核小體簇組成，以及特定基因位點不同表觀基因組狀態(tài)的不同染色質(zhì)包裝浦译。然而棒假，由不同的組蛋白修飾形成的原位全基因組的高階染色質(zhì)結(jié)構仍然難以捉摸。

研究關注由組蛋白乙蹙眩化和甲基化標記定義的全基因組高階染色質(zhì)結(jié)構的全面原位特征帽哑，以及它們的空間鄰近性，通過STORM共同形成單個哺乳動物細胞核的染色質(zhì)環(huán)境叹俏。我們選擇了一組10個組蛋白標記妻枕，包括參與活性轉(zhuǎn)錄的賴氨酸乙酰化和參與抑制和活躍轉(zhuǎn)錄的賴氨酸甲基化她肯。研究的超分辨率成像和定量分析揭示了高階染色質(zhì)的三個主要結(jié)構特征：組蛋白乙跫淹罚化形成空間分離的核小體納米團簇，活性組蛋白甲基化形成空間分散的核小體納米域晴氨，抑制性組蛋白甲基化形成高度濃縮的大聚集體康嘉。雙色STORM成像顯示，轉(zhuǎn)錄活性組蛋白標記與“開放”染色質(zhì)一致籽前，轉(zhuǎn)錄抑制組蛋白標記與高度濃縮的染色質(zhì)一致亭珍。進一步對它們的空間鄰近性的研究表明，抑制性和活性組蛋白標記大多具有空間排他性枝哄，而在活性組蛋白標記中可以觀察到相當多的共定位稿服。綜上所述，超分辨率成像有助于揭示組蛋白乙酰化和甲基化是如何在單個哺乳動物細胞核的水平上舀闻，在從幾十納米到幾微米的尺度上形成高階染色質(zhì)結(jié)構的菜缭。

02研究結(jié)果（節(jié)選）

1、不同組蛋白標記的STORM圖像和定量表征

作者可視化了由哺乳動物細胞核中10個組蛋白修飾所定義的全基因組高階染色質(zhì)結(jié)構手霎。圖1A-1C顯示了來自10個組蛋白標記的代表性寬場和超分辨率圖像宪郑，包括轉(zhuǎn)錄活性組蛋白乙酰化標記（H3K9ac杖进、H3K27ac袁垄、H3ac和H4ac）、轉(zhuǎn)錄活性組蛋白甲基化標記（H3K4me1隧庐、H3K4me2鼓临、H3K4me3和H3K36me3）和轉(zhuǎn)錄抑制組蛋白甲基化標記（H3K27me3和H3K9me3）。圖1A和1B的超分辨率圖像顯示了明顯的結(jié)構特征：組蛋白乙跏客啵化標記形成空間分離和離散的核小體納米團簇角黍，和組蛋白甲基化標記形成高度異質(zhì)和空間分散的核小體納米域。圖1C的寬視場圖像中顯示了抑制標記（H3K27me3和H3K9me3）在細胞核內(nèi)呈濃縮的聚集物该肴。超分辨率的圖像清楚地顯示了在核情竹、核仁和核漿外圍的高度濃縮（幾百納米）中，有甚至是超大（微米大性群濉）團核的存在秦效。圖1D顯示了圖1A-1C中選定的超分辨率圖像區(qū)域中三個代表性組蛋白標記（H3K9ac、H3K4me1和H3K27me3）的總體分布圖涎嚼，它清楚地顯示了高階染色質(zhì)結(jié)構的三個明顯特征阱州。

作者量化了每個組蛋白標記所形成的這些結(jié)構特征。圖1E顯示法梯，組蛋白乙跆酰化標記在小于50 nm的短長度尺度上表現(xiàn)出狹窄的尖峰，表明存在高度聚集的小納米結(jié)構立哑；組蛋白甲基化標記的RDF分布更廣夜惭，表明存在更大的聚物和更長的相關長度。進一步量化由不同組蛋白標記形成的納米團簇和納米結(jié)構域的大小铛绰，圖1F顯示了平均大小與SD的散點圖诈茧。

圖1

2、間期細胞核中不同組蛋白標記和 DNA 的雙色STORM圖像

作者通過雙色STORM成像觀測到組蛋白標記和DNA之間的空間關系丈巩。圖 2 顯示了轉(zhuǎn)錄活性或抑制性組蛋白標記（綠色粗线，用 Cy3B 標記）和 DNA（紅色，用 Alexa Fluor 647 標記）的代表性超分辨率圖像超丛，以及它們的合并圖像和共定位點（用白色標記 ）蚂霎。這些圖像顯示竣恃，DNA在細胞核中高度緊湊形成了分隔區(qū)域，其中贷挠，H3K9ac或H3K4me3的活性組蛋白標記在DNA較不致密的區(qū)域更為豐富（圖2A和2B）筝驱，而H3K27me3的抑制性組蛋白標記大多與DNA的濃縮區(qū)域相一致（圖2C）。這一直接的視覺證據(jù)顯示了組蛋白標記和染色質(zhì)致密度之間的關系：抑制性組蛋白標記與高度濃縮的染色質(zhì)結(jié)構有關棠镇，而活性組蛋白標記與更多的“開放”或更少致密的染色質(zhì)結(jié)構有關焊轴。

圖2

03研究總結(jié)

作者展示了超分辨率定位顯微鏡STORM在間期哺乳動物細胞核中的表觀基因組狀態(tài)下直接可視化全基因組高階染色質(zhì)結(jié)構的潛力。研究結(jié)果揭示了由組蛋白乙跬ぶ＃化和甲基化標記形成的高階染色質(zhì)結(jié)構的先前看不見的獨特特征。這一結(jié)果為未來研究這些結(jié)構特征的功能意義以及它們在不同疾病狀態(tài)下如何改變奠定了基礎辽乎。

04超高分辨率顯微成像系統(tǒng)iSTORM

前文中提及的STORM成像技術媳谁，目前已成功實現(xiàn)商用，有需要STORM成像技術進行實驗研究的專家老師們友酱，請溝通對接預約哦

超高分辨率顯微成像系統(tǒng) iSTORM晴音，成功實現(xiàn)了光學顯微鏡對衍射極限的突破，使得在 20 nm的分辨率尺度上從事生物大分子的單分子定位與計數(shù)缔杉、亞細胞及超分子結(jié)構解析锤躁、生物大分子生物動力學等的研究成為現(xiàn)實，從而給生命科學或详、醫(yī)學等領域帶來重大性突破 系羞。

圖2、超高分辨率顯微成像系統(tǒng)iSTORM霸琴。

超高分辨率顯微成像系統(tǒng) iSTORM 具有 20 nm超高分辨率椒振、3通道同時成像、3D同步拍攝梧乘、實時重構澎迎、2小時新手掌握等特點，已實現(xiàn)活細胞單分子定位與計數(shù)选调，并提供熒光染料選擇夹供、樣本制備、成像服務與實驗方案整體解決方案臭呀， 以納米級觀測精度喂磷、高穩(wěn)定性、廣泛環(huán)境適用币遮、快速成像笑敷、簡易操作等優(yōu)異特性，獲得了超過50家科研小組和100多位科研人員的高度認可躏印。

參考文獻：

Xu J , Ma H , Jin J , et al. Super-Resolution Imaging of Higher-Order Chromatin Structures at Different Epigenomic States in Single Mammalian Cells[J]. Cell Reports, 2018, 24(4):873.