扩展原位基因组测序创新使隐藏的DNA-蛋白质相互作用可见

哈佛大学的科学家公布了一项名为原位扩增基因组测序(ExIGS)的新技术，该技术将现有的原位基因组测序(IGS)与扩增显微镜(ExM)相结合。这项创新技术使研究人员能够通过纳米级DNA-蛋白质相互作用的精确测量，将细胞核异常与单个细胞内的基因调控改变联系起来。

显微镜是表征细胞功能的重要工具。成像方法受到光学显微镜衍射极限的限制，无法在DNA-蛋白质相互作用的尺度上进行可靠的测量。

膨胀显微镜是一种巧妙的技术，它通过放大物体来克服因衍射极限而无法看到物体的问题。通过将样品嵌入可膨胀的聚合物凝胶中并将其膨胀，研究人员可以使用传统显微镜对细胞内的空间组织进行超分辨率成像。

在ExIGS中，扩展显微镜与原位基因组测序相结合，以同时对单细胞内的基因组DNA进行测序并以纳米级分辨率对核蛋白进行成像。

该过程首先将固定细胞嵌入聚丙烯酸酯凝胶中，该凝胶可作为扩增的支架。基因组DNA和蛋白质通过DNA寡核苷酸钩与凝胶化学连接，DNA寡核苷酸钩可与附着在基因组片段和蛋白质上的DNA发夹结合。这些钩含有在聚合过程中与凝胶形成共价键的化学基团。

嵌入后，凝胶会在固定的细胞成分周围聚合，固定DNA和蛋白质。将水加入凝胶中，使其在各个方向上均匀膨胀约4.5至5.5倍。这种膨胀在物理上扩大了细胞，同时保留了分子之间的空间关系。为了保持新膨胀结构的完整性，然后将样品重新嵌入第二层不可膨胀的丙烯酰胺凝胶中。

扩增的样本经过超分辨率免疫荧光成像，可以详细观察核蛋白。然后进行滚环扩增以生成克隆DNA扩增子，并进行原位测序。这种扩增可确保扩增细胞核内基因组DNA的准确测序和定位。

研究人员在bioRxiv预印本服务器上的预印本论文“扩展原位基因组测序将核异常与异常真染色质抑制的热点联系起来”中详细介绍了他们的创新测试。

通过将ExIGS应用于患有哈钦森-吉尔福德早衰综合征的患者的成纤维细胞，研究人员发现核层(构成细胞核的蛋白质)中的异常会在活跃的基因组区域产生异常抑制的热点，从而可能损害细胞身份。

研究表明，ExIGS显著增加了每个细胞核的基因组读取数量，并保留了与Hi-C测序数据相当的3D基因组结构。

该技术为探索DNA-蛋白质相互作用提供了一个强大的新平台，使研究人员能够以前所未有的方式了解分子机制。它可以大大增强我们对各种疾病和遗传疾病的理解，揭示衰老过程中细胞衰老的隐藏相互作用，并成为生物技术研究实验室的一项颠覆性技术。

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