“现象级”工具对DNA进行排序并追踪蛋白质，而不需要将细胞敲开

显微镜技术使科学家能够成像蛋白质和染色体如何在一个完整的细胞中相互作用。

　　

研究人员正在排队尝试一种强大的显微镜技术，这种技术可以同时对单个细胞的DNA进行测序，并以高分辨率精确定位其蛋白质的位置，而无需将细胞打开并提取其内容物。完整细胞内的DNA和蛋白质成像提供了这些分子如何协同工作的关键信息。

该方法的开发者已经用它来研究衰老如何改变细胞核中蛋白质与染色体相互作用的方式。他们发现，随着身体年龄的增长，这些核蛋白的变化会抑制基因活性。

澳大利亚悉尼加文医学研究所(Garvan Institute of Medical Research)的癌症生物学家Ankur Sharma没有参与这项研究，但他热衷于用这种方法研究癌细胞，并在社交媒体平台X上称其为“现象级”。

该方法被称为原位扩增基因组测序，9月26日在bioRxiv上发表的预印本中进行了描述。它还没有经过同行评审。

DNA包装

这种方法对于研究DNA是如何缠绕在蛋白质上并塞进细胞核的，以及基因在这个泥淖中的位置如何影响它们的活性的研究人员来说可能特别有用。我们可以把DNA想象成“一串线性的信息，它必须在5微米大小的细胞核内被压缩和组织起来”，麻省剑桥市哈佛大学的遗传学家Jason Buenrostro说，他也是这份预印本的作者之一。“关于折叠是如何发生的，有很多信息。”

为了提取这些信息，Buenrostro和他的同事混合了之前报道的两种方法。一种方法是给细胞喂一种用于复制DNA的特殊酶，以及一套荧光标记的DNA成分，这些成分将被一个接一个地整合到正在生长的DNA链中。通过读取添加荧光标记的序列，研究人员可以确定基因组片段的序列。

研究人员早就知道如何用标签标记蛋白质以跟踪它们的位置。但是光学显微镜的分辨率受限于光的波长，这使得它很难区分荧光标记的DNA链或非常接近的蛋白质。这在原子核的狭窄范围内造成了一个特殊的问题。

因此，研究小组增加了另一种叫做膨胀显微镜的方法。这种技术依赖于一种渗透细胞的凝胶，当它吸收水分时就会膨胀——很像一次性尿布的填充物。当凝胶膨胀时，它会使分子进一步分离，从而更容易区分蛋白质分子。

这两种方法的结合使Buenrostro的团队能够研究患有哈钦森-吉尔福德早衰综合征的人细胞中蛋白质和基因之间的相互作用。哈钦森-吉尔福德早衰综合征是一种导致过早衰老的遗传疾病。这种情况是由一种叫做层状蛋白的蛋白质的突变引起的，这种蛋白质通常在细胞核的周围发现。研究人员证实了先前的研究结果，即在早衰症患者中，这些异常的纤层蛋白侵入细胞核内部，在那里它们似乎改变了染色体的典型排列并抑制了基因活性。在一名92岁无早衰症的供体皮肤细胞中也出现了类似的异常。

信息金矿

扩增原位基因组测序是一系列方法中最新的一种，这些方法使研究人员能够从单个细胞中收集越来越多的数据。比利时鲁汶大学(KU Leuven)的遗传学家Thierry Voet说，最终目标是开发一种检测细胞中几乎所有蛋白质或代谢物的方法。

目前，Voet和他的团队正在考虑是否可以将这种方法用于他们的研究，即发育中的胚胎细胞如何应对彼此具有不同数量的染色体。

这项技术需要相当多的专业知识，这将限制能够立即从事这项工作的研究人员的数量，在澳大利亚墨尔本沃尔特和伊丽莎霍尔医学研究所研究高级显微镜的Kelly Rogers说。“这看起来确实很复杂。”

即便如此，Rogers还是可以列举出很多想要利用这种方法的同事。她说，随着时间的推移，这些协议可能会被简化，甚至商业化。

“有一件事是肯定的，那就是更广泛的科学家将更容易接触到它，”Rogers说。“现在我们所能取得的成就似乎没有太多限制。”