2020年8月20日，《细胞》杂志在线发表了美国科学家的一项最新研究成果。来自哈佛大学的庄小威和Bogdan Bintu等研究人员合作开发了一种在基因组规模对染色质的3D组织和转录活性进行成像的技术。
研究人员表示，染色质的3D组织可调节许多基因组功能，包括从基因表达到DNA复制。生化和成像的研究揭示了各种规模的复杂染色质结构。尽管高通量测序的方法丰富了人们对3D基因组结构的了解，但它们只能提供成对染色质基因座的关联信息，而不能提供单个基因座的直接空间位置信息。
基于成像的方法可以直接检测单个细胞中染色质基因座的空间位置，且检测效率很高。但是，目前能够在单个细胞中成像的基因组位点数量仍然有限，因此仍然缺少单个细胞中整个染色体的高分辨率视图，更不用说单个细胞中染色质组织的基因组规模图谱。
因此，研究人员开发了一种成像技术，可用于以高基因组通量可视化单个细胞中多个尺度的染色质组织。首先，研究人员证明了通过顺序杂交对数百个基因组位点进行的多重成像，并可以对整个染色体进行高分辨率构象追踪。接下来，研究人员报道了一种荧光原位杂交（MERFISH）的技术用于基因组规模的染色质跟踪，并演示了同时成像的1000多个基因组位点和1000多个基因的初生转录本以及具有里程碑意义的核结构。
使用这项技术，研究人员可以表征染色质结构域、区室和跨染色体相互作用以及它们与单细胞转录的关系。研究人员认为这种高通量、多尺度和多模式成像技术具有广泛应用前景，并可在天然结构和功能背景下提供染色质组织的完整图谱。
附：英文原文
Title: Genome-Scale Imaging of the 3D Organization and Transcriptional Activity of Chromatin
Author: Jun-Han Su, Pu Zheng, Seon S. Kinrot, Bogdan Bintu, Xiaowei Zhuang
Issue&Volume: 2020-08-20
Abstract: The 3D organization of chromatin regulates many genome functions. Our understandingof 3D genome organization requires tools to directly visualize chromatin conformationin its native context. Here we report an imaging technology for visualizing chromatinorganization across multiple scales in single cells with high genomic throughput.First we demonstrate multiplexed imaging of hundreds of genomic loci by sequentialhybridization, which allows high-resolution conformation tracing of whole chromosomes.Next we report a multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization (MERFISH)-based method for genome-scale chromatin tracing and demonstratesimultaneous imaging of more than 1,000 genomic loci and nascent transcripts of morethan 1,000 genes together with landmark nuclear structures. Using this technology,we characterize chromatin domains, compartments, and trans-chromosomal interactions and their relationship to transcription in single cells.We envision broad application of this high-throughput, multi-scale, and multi-modalimaging technology, which provides an integrated view of chromatin organization inits native structural and functional context.
DOI: 10.1016/j.cell.2020.07.032
Source: https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(20)30940-5