了解染色质的癌症连接

当科学家在2003年完成对人类基因组的解码时，他们认为这些发现将有助于我们更好地了解疾病，发现与癌症相关的基因突变，并导致智能医学的设计。现在是13年之后，并非所有这些想法都没有实现。“我们认为理解基因会回答我们所有的问题，”西北工程公司的Vadim Backman说道。“但事情并非那么简单。”

事实证明，基因只是一个更大的难题的一部分。为了帮助解决这个难题，Backman开发了一种新的图像染色质的方法，染色质是一种大分子复合物，包括DNA，RNA和蛋白质 - 在活细胞内容纳遗传信息并确定哪些基因得到表达。

“如果你认为细胞系统是计算机，那么基因就是硬件，染色质就是软件，”西北大学McCormick工程学院的Walter Dill Scott工程学教授Backman说。

染色质的组织在许多分子过程中起主要作用，包括DNA转录，复制和修复。染色质中调节这些过程的结构从核小体(10纳米)到染色体(长于200纳米)长度范围。

由于缺乏成像技术，染色质在这些长度尺度之间的动态变化知之甚少。因为它们需要有毒的荧光染料来增强对比度，所以先前的技术不能在活细胞中成像染色质而不会杀死或扰乱细胞。然而，理解这个缺失的长度尺度是至关重要的，因为它是染色质在癌症形成时经历转化的确切区域。

“染色质结构的变化与通常与癌症有关的基因调控有关，”巴克曼说。“染色质的组织与肿瘤的形成及其侵袭性有关。我们想了解染色质如何调节这些基因。”

Backman的新成像技术使研究人员能够以缺失的，神秘的长度尺度(20-200纳米)观察染色质内部。该技术不仅没有标签，而且允许研究人员在未受破坏的活细胞内研究染色质，但它以高通量和非常低的成本进行研究。

该研究由美国国家科学基金会，国立卫生研究院和芝加哥生物医学联盟支持，于10月4日在线发表在“ 美国国家科学院院刊”上。Luay Almassalha，Greta Bauer，John Chandler和Scott Gladstein，所有Backman实验室的研究生，都是该论文的共同第一作者。西北工程公司的Igal Szleifer，生物医学工程的Christine Enroth-Cugell教授和生物医学工程研究助理教授Hariharan Subramanian也为这项工作做出了贡献。

“现在我们可以不受干扰地观察活的，健康的细胞，看看它们的动态过程，”Almassalha说。“我们可以看到染色质是如何组织的，以及它如何响应刺激，如药物治疗。”

该技术称为活细胞部分波光谱(PWS)显微镜，通过使用散射光检测染色质。小于光的衍射极限的粒子不能被可视化，但是可以通过分析它们散射的光来感测它们的存在和组织。该方法可以在几秒钟内测量活细胞中的纳米结构，为大规模屏幕打开了大门。例如，研究人员可以对数千种化合物和药物进行高通量筛选，并观察它们如何实时影响细胞。

“我们知道染色质是复杂疾病的主要参与者，”巴克曼说。“我们还没有研究它的技术。现在我们可以观察和记录这些动态过程。”