编辑推荐:
为解决不同显微镜技术测量基因组分形维数结果难比较的问题,研究人员开展细胞周期中基因组空间组织变化研究。结果发现不同分形测量指标各异但趋势一致。该研究调和方法差异,为理解基因组组织机制提供新视角,值得一读。
人类基因组由大约 2 米长的 DNA 组成,这些 DNA 被包装在直径仅约 10 微米的细胞核内。DNA 与组蛋白结合,形成染色质纤维,染色质纤维在细胞核内折叠成环、拓扑相关结构域(TADs)、A/B 区室和染色体领地。这种组织结构在不同长度尺度上均无缠结且具有自相似性,这使得有人提出基因组呈现分形球状体的假说,染色体构象捕获实验也证实了这一假说。此外,许多显微镜技术已被用于从基因组的图像中获取其空间分布的分形维数。然而,不同的技术往往需要采用不同的分形维数定义,这使得这些结果的比较并非易事。
在本研究中,第一作者单位的研究人员使用转盘共聚焦显微镜收集了人类活细胞在细胞周期不同阶段的高分辨率细胞核图像。随后,研究人员将现有的基于图像的分形分析方法 —— 包括质量标度法、盒计数法、空隙度分析和多重分形谱分析 —— 系统地应用于人类细胞核图像,并进行比较,同时研究细胞周期中基因组空间组织的变化。研究数据显示,不同的基于图像的分形测量方法提供了不同的度量指标,突出了基因组空间组织的不同特征。不过,所有这些度量指标都一致表明了细胞周期中基因组组织变化的以下趋势:基因组在 G1 期早期紧密堆积,随后在整个 G1 期发生解聚,接着在 S 期和 G2 期再次凝聚。第一作者单位的研究人员对基于图像的分形分析方法进行的全面比较,调和了不同方法之间的差异。此外,研究结果为基因组组织及其在细胞周期中变化的物理机制提供了新的见解。