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孙育杰课题组采用光学显微成像方法揭示细胞核内重要动态过程
孙育杰课题组致力于运用单分子、超高分辨率荧光成像及操纵技术研究细胞结构与功能的关系。近期该课题组取得较大进展，使用超高分辨率和活细胞成像技术解析了活细胞单个转录工厂的动态过程观测和定量分析，同时研究了PolIIcluster与PolIItranscriptionalstages的关系，发表于ACSNANO。同时，他们利用可编辑的内切酶失活的人工核酸酶（CRISPR/dCas9）作为DNA结合蛋白，开发了一种新的基于改造的功能性扩展sgRNA的CRISPR多色、稳定的荧光成像系统，发表于NucleicAcidresearch。现在我们来看一下这两篇文章的主要内容吧~
1贝叶斯超高分辨荧光显微揭示转录工厂（Transcriptionfactory）动态变化真核生物的基因表达是一个复杂的过程，参与转录的RNA聚合酶和一些因子起主要作用。在真核生物的3种RNA聚合酶中，RNA聚合酶II（RNApolymeraseII，亦被称为RNAPII或PolII）的作用最大，它负责转录生成hnRNA和mRNA，对生物的多样性及生命的存在均有重要的意义。
研究发现，RNA聚合酶II并非均匀地分布在细胞核内，相反，RNA聚合酶II会密集地形成在细胞核某些地方，即形成RNAPolIIcluster，又称之为转录工厂（transcriptionfactory）。PolIIcluster被报道参与基因表达调控，调节染色质环的形成，增强转录效率，导致癌症等。实现对RNAPolIIcluster的动态定量观测与其机理的研究起到重要作用。
然而，RNAPolIIcluster的尺寸仅为几十个纳米，远远小于光学的衍射极限，因此超高分辨荧光显微镜被尝试着应用到RNAPolIIcluster动态变化中。在过去十年里，打破衍射极限（大约nm）的超高分辨荧光显微得到了飞速的发展，其可以观测几纳米到几十纳米的尺寸，为生命科学打开了新的世界。然而，传统的几大超分辨技术，例如STED，PALM/STORM技术，其代价是采用高功率激光器，大视野下时间分辨率较差等，大大地限制了其在活细胞超分辨成像中的应用。在-年，SusanCox等人在NatureMethods报道了一种基于贝叶斯分析荧光分子blinking和bleaching事件，从而实现快速活细胞超高分辨成像，称之为3BorBayesiannanoscopy。
因此，为了转录工厂（Transcriptionfactory）动态变化观测以及减小贝叶斯超分辨的artifact，结合了贝叶斯超分辨与cluster分析算法（DBSCAN），首次实现了活细胞单个转录工厂的动态过程观测和定量分析，定量了转录工厂的个数，大小等参数。同时，通过血清刺激模型，研究了PolIIcluster与PolIItranscriptionalstages的关系，该结果也支持了转录工厂形成中的on-demandmodel。并且，通过加入inhibitoroftranscription药物，证明了转录工厂在pre-elongationphase招募PolII分子。这一方法也可以应用到其他纳米尺度的活细胞核内动态观测和研究。
贝叶斯超分辨解析纳米尺度转录工厂空间分布
北京大学博士生陈轩泽，北京大学技术员魏冕，北京大学本科生郑鸣是这篇论文的并列第一作者，北京大学生物动态光学成像中心孙育杰研究员是该论文的通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金、科技部“计划”，青年千人计划项目的资助。
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