活细胞标记揭示了我们的DNA在细胞中的包装和行为方式

由日本国家遗传学研究所（ROIS）的Kazuhiro Maeshima教授和SOKENDAI领导的一个团队开发了一种方法来可视化不同类型的染色质并揭示其不同的物理特性。他们于3月28日在《科学进展》上发表了他们的方法和发现

在每个人体细胞内，2米长的DNA必须紧密地包装在一个微小的细胞核中。这种DNA包裹在蛋白质周围形成染色质，染色质有两种主要形式：常染色质，基因活跃，异染色质，基因活性受到抑制

这项研究的第一作者Katsuhiko Minami说：“这两种染色质在活细胞内的组织和行为方式尚不清楚。”。“到目前为止，我们还缺乏一种在活细胞中特异性标记常染色质和异染色质的方法。”

为了解决这个问题，研究人员开发了“复制组织标记”，这是一种突破性的技术，使他们能够可视化活细胞中的常染色质。他们的发现表明，常染色质更灵活、更动态，而异染色质更僵硬、更静态。这表明常染色质的行为更像液体，允许蛋白质和其他分子进入并与基因相互作用

单个核小体在活人类细胞中的运动。这部电影显示了常染色质（左）和异染色质（右）中的核小体波动，前者是基因表达活跃的地方，后者是基因表达被抑制的地方。每个点代表一个单独的核小体。来源：Katsuhiko Minami和Kazuhiro Maeshima，国家遗传学研究所，ROIS

另一方面，异染色质的作用更像凝胶，使分子更难进入。这一关键差异可能会影响细胞如何访问和使用基因来调节基因表达和DNA复制等重要过程

该研究的合著者Kako Nakazato解释说：“染色质行为的这些差异对于理解细胞如何控制哪些基因的开启或关闭至关重要。”。“如果染色质太硬或太松，可能会导致我们的基因功能出现问题。”

这一发现改变了科学家对染色质的看法。染色质不是静态结构，而是不断移动，影响细胞如何读取和使用基因

“简而言之，染色质不仅仅是基因组信息的容器，它在调节基因功能方面发挥着积极作用，”Minami说。“我们的技术为我们提供了一种研究这些运动以及它们如何影响基因表达和DNA复制等重要细胞过程的新方法。”

研究人员计划使用Repli Histo标记来创建染色质行为图谱，该图谱显示了表观遗传修饰等不同因素如何影响染色质的运动和灵活性

左：活HeLa细胞中常染色质特异性复制组织标记。用密集的TMR标记显示了常染色质的定位。右图：sCMOS ORCA Fusion BT相机（滨松光子学）记录的用JF646标记的相应单核小体的电影（50ms/帧）。请注意，清晰且分离良好的点可以用单步光漂白谱可视化（图3C），这表明每个点代表单个核小体中的单个H3.2-Halo-JF646分子。比例尺：5µm。来源：《科学进展》（2025）。DOI:10.1126/sciadv.adu8400

前岛说：“我们的最终目标是了解储存在2米长的DNA中的基因组是如何在微小的细胞核内有效管理的。”。“这项研究不仅可以帮助我们更好地了解正常的基因功能，还可以帮助我们了解癌症等疾病的问题。”