著名学者庄小威Science发表遗传学重要成果

　　

生物通报道  来自哈佛大学的研究人员开发出一种成像方法绘制出了单条染色体上多个区域的位置，研究结果揭示出了一些染色质结构域和隔间（compartment）的空间组织。这一研究成果发布在8月5日的《科学》（Science）杂志上。

著名的华人女科学家庄小威（Xiaowei Zhuang）和哈佛大学的Chao-ting Wu博士是这篇论文的通讯作者。庄小威早年毕业于中国科技大学少年班，34岁时成为了哈佛大学的化学和物理双学科正教授，是哈佛物理系和化学系少有的双科教授。2012年庄教授当选为美国国家科学院院士，刷新了美国科学院最年轻华人院士的纪录。她所研发的超高分辨率技术STORM与诺奖得主Eric Betzig的成果不相伯仲，却和2014年的诺贝尔化学擦肩而过。

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每年，庄小威都会领导课题组在Science、Nature、Cell三大期刊上发布一些她们取得的重大科研突破。2016年，其研究组已连接取得了一系列引人注目的研究成果。

1月，庄小威的研究小组采用超分辨率成像揭示出了不同表观遗传状态的独特染色质折叠。这一重要的成果发布Nature杂志上（著名学者庄小威Nature发布重要表观遗传发现）。2月，庄小威教授与美国石溪大学助理教授Jarrod B. French，康宁公司的Ye Fang，以及宾夕法尼亚州立大学的Stephen J. Benkovic教授合作，揭示出了嘌呤体（Purinosome）与线粒体之间的空间共定位及功能上的关联。这一重要的研究发现发布在Science杂志上（著名学者庄小威Science再发突破性新成果）。

5月5日，她领导哈佛大学的研究人员在活细胞中实时成像了单个mRNA分子翻译。这一重大的突破性成果发布在Cell杂志上（著名学者庄小威Cell发布重大突破）。5月9日，证实基于肌动蛋白（actin）-血影蛋白（spectrin）的周期性膜骨架普遍存在于广泛的神经细胞类型和动物物种中。这一研究发现发布在PNAS上（著名学者庄小威PNAS发表重要新成果 ）。5月20日，庄小威带领的研究小组在国际著名学术期刊《eLife》发表研究成果。这项研究使用超高分辨率显微镜来影像大肠杆菌转录组，并观察到了RNA的全基因组空间组织（著名学者庄小威eLife发表新成果）。

在这篇Science新文章中，作者们指出在真核细胞中，DNA被包装成称作为染色质的复杂大分子结构。染色质的空间组织严重影响了基因组功能。近期一些染色体构象捕获研究揭示，单条染色体被分割成长度在数十千碱基(kb)到数兆碱基(Mb)之间的接触结构域或拓扑相关结构域（TADs)。TADs作为非常长的DNA片段，包含着一个或多个基因及其调控元件。TADs是染色质组织的一个保守特征，它的一个重要功能就是形成基因调控的独立区域，同时将它们与邻近区域隔离开来。如果染色质重排影响TADs的组织形式，那么许多基因的表达都会发生改变，甚至引发多种人类疾病。然而到目前为止仍不清楚在单条染色体中TADs的空间组织机制。

在这里，研究人员开发出了一种成像方法来沿着单条染色体绘制许多基因组区域的空间位置，追踪TADs在分裂间期人类常染色体和X染色体中的位置。她们观察发现在大长度尺度下染色质折叠偏离了理想的分形球体(Fractal globule)模型，在单条染色体中TADs很大程度上被组织成按一种极化方式空间排列的2个隔间。活化与失活的X染色体采用了不同的折叠和隔间构造。这些结果表明了染色质结构域的空间组织可响应调控发生改变。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

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.

作者简介：

庄小威

1972年出生于江苏省如皋县，1987年毕业于苏州中学的科大少年班预备班，1991年，获得中国科学技术大学物理学学士，1997年，她获美国加州大学伯克利分校物理学博士，1997年至2001年于斯坦福大学攻读博士后。作为年仅40岁的女性，庄小威在科学殿堂里取得的成就令人瞩目，她34岁成为哈佛的化学和物理双学科正教授，是哈佛物理系和化学系少有的双科教授，她在哈佛大学建立了自己的实验室，还是霍华德•休斯医学研究所的研究员，2012年5月1日，她当选为美国国家科学院院士。