深圳大学发文：荧光寿命成像研究DNA压缩和基因活动

基因组DNA在细胞核中的压实是基础细胞生物学中研究最多但理解最少的问题之一。两种荧光寿命成像方法已被提出，以使精细探测DNA压实。一种方法依赖于DNA栓系荧光团的寿命与局部折射率之间的相关性。另一种是基于Förster共振能量转移的供体和受体之间的荧光团纳入DNA。这两种方法在培养细胞中都得到了验证。

　　

   

   

图:(a) S期早期和S期中期复制染色质区域的标记方法示意图。标记协议被调整为分离标记的染色体区域，以方便图像分析。(b)和(c)染色质折射率的FLIM传感和DNA压实的FLIM- fret传感。

资料来源:Svitlana M. Levchenko, Artem Pliss, Xiao Peng, Paras N. Prasad和Junle Qu

在活细胞环境中，研究细胞核中基因组DNA的压缩和在生理过程或疾病发展过程中的动态重组是非常具有挑战性的。这种复杂性源于将约2米长的基因组DNA放入细胞核所需的高度压实，而细胞核的直径通常为5到10微米。此外，染色质压实密度不是静态的，而是随着基因活动的变化而波动。同时，光学显微镜的三维分辨率甚至对亚衍射成像模式也不够高，从而限制了复杂基因组结构的空间几何及其动态转换的研究。

中国深圳大学生物医学光学与光子学研究中心&物理与光电工程学院曲俊乐教授和深圳大学激光、光子学与生物光子学研究所Paras N. Prasad教授在《光科学与应用》杂志上发表了一篇新论文。位于美国布法罗的纽约州立大学开发了一种基于荧光寿命成像(FLIM)的替代策略，以克服传统方法的现有局限性。作者提出了两种独立的FLIM检测方法，可以精确测量DNA的密实度。第一种依赖于DNA中荧光探针的荧光寿命与其局部折射率之间的二次倒数关系，折射率随染色质压实密度而变化。另一种FLIM方法采用Förster共振能量转移(FRET)在荧光标记的核苷酸之间纳入DNA链。

在他们的研究中，两种FLIM方法都在培养细胞中得到了验证，他们比较分析了基因丰富染色质结构域的压实度，这些染色质结构域在s期早期复制，而那些在s期中后期复制，主要包含非编码序列。获得的数据证明了FLIM检测的敏感性，并揭示了基因组DNA中基因丰富和基因贫乏库的压实度的显著差异。他们表明，与缺乏活性基因的DNA结构域相比，富含基因的DNA结构域松散紧凑。

文章标题

Fluorescence lifetime imaging for studying DNA compaction and gene activities