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为探究癌基因激活与染色质组织在 DNA 损伤中的相互作用，研究人员运用 QUantitative ANalysis of DNA cOunterstains（QUANDO）技术研究 U937-PR9 细胞 DNA 损伤位点。结果发现不同损伤条件下 γ-H2AX 焦点定位不同，该研究为癌症治疗中靶向 DNA 修复机制提供新视角。
在生命的微观世界里，细胞的运作有条不紊，却也暗藏危机。DNA 作为遗传信息的载体，一旦受到损伤，就如同大厦的基石出现裂缝，可能引发一系列严重后果，其中癌症的发生发展就与 DNA 损伤密切相关。癌基因激活后，会促使细胞异常增殖，带来 DNA 复制压力，进而造成 DNA 损伤。这些损伤并非随机分布，而是在基因组特定区域积累，加剧了基因组的不稳定性，成为癌症恶化的帮凶。然而，癌基因诱导的 DNA 损伤与染色质组织之间究竟有着怎样复杂的 “对话”，科学家们还知之甚少。
为了揭开这层面纱，来自意大利多所研究机构（包括卡塔尼亚大学、欧洲肿瘤研究所 IRCCS、米兰大学、意大利技术研究院等）的研究人员踏上了探索之旅。他们的研究成果发表在《European Biophysics Journal》上，为该领域带来了新的曙光。
研究人员开展了一项关于癌基因诱导 DNA 损伤位点定位的研究，旨在弄清楚 DNA 损伤在细胞核内的具体位置，以及其与不同染色质区域的关系。他们发现，在自发 DNA 损伤和 PML-RARα 癌基因激活的情况下，γ-H2AX 焦点（用于标记 DNA 双链断裂的位点）主要集中在常染色质区域；而当使用放射模拟剂新制癌菌素（NCS）诱导 DNA 损伤时，γ-H2AX 焦点在常染色质和异染色质区域都有分布。这一发现意义重大，揭示了癌基因激活与染色质组织之间复杂的相互作用机制，为癌症研究中理解基因组不稳定性和肿瘤进展提供了新的方向，也为靶向 DNA 修复机制的癌症治疗策略开发提供了关键线索。
在研究过程中，研究人员运用了多种先进技术方法。其中，最重要的是 QUantitative ANalysis of DNA cOunterstains（QUANDO）技术，该技术通过对 DNA 损伤标记物 γ-H2AX 和 DNA 复染剂（如 DAPI）的双色共聚焦图像进行分析，能定量研究 DNA 损伤区域与不同染色质密度区域的关系 。同时，研究还借助了图像交叉相关光谱（ICCS）技术，它可以在不预先分割图像的情况下，精准分析不同信号之间的共定位情况，从而判断 DNA 损伤区域与异染色质的关联程度 。此外，通过对 DNA 密度的分析，进一步明确了 DNA 损伤位点所在区域的染色质特征。
下面来详细看看研究结果：
- QUANDO 方法用于 DNA 损伤定位的工作流程：研究人员首先获取包含 γ-H2AX 和 DAPI 信号的原始图像，经过预处理生成细胞核选择掩模、背景扣除后的图像以及 DNA 损伤区域的二进制掩模。接着，通过归一化 DAPI 强度计算感兴趣区域（ROI）的平均 DNA 密度，评估 DNA 损伤区域与异染色质的共定位情况。如果 ROI 主要与异染色质区域重叠，DNA 密度值高；若与常染色质区域重叠，则 DNA 密度值低。而 ICCS 分析则能更精确地衡量 γ-H2AX 与 DAPI 信号的共定位程度，共定位值越高，表明 DNA 损伤区域越倾向于位于异染色质区域。
- 用异染色质和常染色质标记物验证方法：研究人员以 H3K9me3（异染色质标记物）和 Pol2（常染色质标记物）分别与 DAPI 标记的 U937-PR9 细胞为研究对象。结果显示，H3K9me3对应的 DNA 密度显著高于 Pol2，且与异染色质的共定位也更强，这与它们在染色质中的定位特性相符，有力地验证了 QUANDO 方法的有效性和准确性。
- QUANDO 分析揭示癌基因诱导的 DNA 损伤位点的染色质位置：研究人员对不同处理条件下的 U937-PR9 细胞进行分析，发现激活 PML-RARα 癌基因或自发 DNA 损伤时，γ-H2AX 焦点主要位于常染色质区域，表现为 DNA 密度低且与异染色质共定位差；而 NCS 处理后，γ-H2AX 焦点在常染色质和异染色质区域均有分布，DNA 密度增加，与异染色质的共定位也显著提高 。这表明不同类型的 DNA 损伤对染色质动力学和 γ-H2AX 焦点定位有不同影响。
研究结论和讨论部分进一步强调了此次研究的重要意义。研究人员利用 QUANDO 方法，结合 ICCS 和 DNA 密度分析，深入研究了 U937-PR9 细胞中癌基因诱导的 DNA 损伤与染色质的关系。研究结果表明，不同起源的 DNA 损伤（自发、癌基因诱导、放射模拟剂诱导）与不同密度的染色质区域存在不同的关联，这种差异可能影响 DNA 修复机制对损伤区域的可及性。该研究不仅加深了人们对癌基因如何影响 DNA 损伤定位和积累的理解，还为癌症研究开辟了新的思路。未来，QUANDO 方法有望应用于更多先进成像技术中，如活细胞成像和超分辨率显微镜技术，为探究癌症发生发展的分子机制提供更有力的工具，推动癌症治疗领域的进一步发展。
