实时成像首次捕捉到精子细胞中的DNA折叠

金泽大学纳米生命科学研究所（WPI NanoLSI）的研究人员及其同事在理解精子DNA包装方面取得了突破。他们使用高速原子力显微镜（HS-AFM）捕获了鱼精蛋白（PRM）诱导的DNA缩合的实时过程，为生育能力、基因组稳定性和未来在医学中的应用提供了关键的见解。他们的发现发表在《核酸研究》上

在大多数细胞中，DNA包裹在称为组蛋白的蛋白质周围，使其能够松散地包装并可用于基因活性。然而，在精子细胞中，组蛋白被精蛋白取代，这使得DNA能够进行极端缩合。这种压实对于在受精过程中保护遗传物质、确保DNA有效运输到卵子以及促进生育能力和胚胎发育至关重要

尽管它很重要，但精蛋白如何将DNA凝聚成高度稳定的结构的确切步骤尚不清楚。以前的成像方法只能捕捉静态快照，留下了许多未解之谜。现在，金泽大学纳米生命科学研究所（WPI NanoLSI）的Richard W.Wong及其合作者首次使用实时成像来揭示整个冷凝过程

使用HS-AFM实时扫描PRM-DNA聚集体并将其交换为1,6-HD溶液。扫描区域为500 nm×500 nm，以每帧1秒150×150像素的速度拍摄（比例尺：100 nm）。来源：核酸研究（2025）。DOI:10.1093/nar/gaf152

研究小组使用HS-AFM直接观察到DNA结构与鱼精蛋白结合时的逐步转化。该研究引入了一种新的CARD（线圈组装棒甜甜圈）模型，该模型通过四个不同的阶段描述了冷凝过程：线圈阶段，DNA形成松散的环；组装阶段，精蛋白结合，增加结构组织；杆状阶段，DNA进一步压缩；以及形成最终稳定结构的甜甜圈（环面）阶段

此外，研究人员发现这种包装是可逆的，这意味着结构可以根据环境条件而改变。这些见解对理解男性不育、染色质生物学和基因治疗具有重大意义

生殖研究可以从DNA包装的见解中受益，有助于诊断和治疗男性不育。通过更好地了解DNA压缩及其在医学治疗中遗传物质递送中的作用，基因治疗可能会得到改善

HS-AFM下PRM-DNA聚集动力学。扫描区域为100 nm×100 nm，以每帧300毫秒的速度拍摄100×100像素（比例尺：20 nm）。来源：核酸研究（2025）。DOI:10.1093/nar/gkaf152

合成生物学和纳米技术也可以利用这些发现来开发在生物技术应用中操纵DNA结构的新方法

通讯作者Wong说：“我们的发现为精蛋白如何塑造精子染色质结构提供了一个动态的视角，这是一个对生育能力和基因组稳定性至关重要的过程。”。“这项研究不仅加深了我们对生殖的理解，而且对遗传学和生育治疗具有深远的影响。”