著名学者庄小威连发Science、PNAS
生物通/王英 · 2016/09/22
近期,哈佛大学著名华人女科学家庄小威带领的研究小组,先后在Science和PNAS发表两项重要学术成果。


在单个细胞中了解转录组的表达谱和空间景观,是全面认识细胞行为的基础。去年4月,著名学者庄小威(Xiaowei Zhuang)领导研究团队在《Science》杂志上发表了一项突破性的单分子成像技术,MERFISH(multiplexed error-robust fluorescence in situ hybridization)。该技术可以在单细胞水平上实现空间分辨的高度多重化RNA分析,打破了目前的技术限制。

近期,该研究团队对MERFISH技术进行了改进,将测量吞吐量提高了两个数量级,并能在一次单一的18小时测量中,进行了大约4000个人类细胞的基因表达谱分析。这一研究成果发布在9月13日的《PNAS》杂志上。

这篇论文的通讯作者、哈佛大学著名华人女科学家庄小威,早年毕业于中国科技大学少年班,34岁时成为了哈佛大学的化学和物理双学科正教授,是哈佛物理系和化学系少有的双科教授。2012年庄教授当选为美国国家科学院院士,刷新了美国科学院最年轻华人院士的纪录。她所研发的超高分辨率技术STORM与诺奖得主Eric Betzig的成果不相伯仲,却和2014年的诺贝尔化学擦肩而过。

在这项新研究中,作者指出,基于图像的单细胞转录组学方法——其通过成像来实地确定和计量RNA,已成为基于分离细胞RNA测序的单细胞方法的一个有力补充。这些以图像为基础的方法,可自然而然地保护一个细胞内的RNAs空间布局,以及组织内的细胞构架,这对于许多生物学问题的解决来说,是非常重要的。然而,这些基于图像的方法其吞吐量相对较低。

MERFISH是一个高度多重化的smFISH成像方法,可以在单个细胞中鉴定数千种RNA的拷贝数和空间定位。他们使用组合标签、连续成像等技术来提高检测通量,还通过error-robust编码方案,来抵消单分子标记和检测错误。在这项研究中,研究人员通过改进,将MERFISH的吞吐量增加了两个数量级,包括采用化学裂解而不是光漂白来去除连续两轮smFISH成像之间的荧光信号、增加成像的视场、采用多色成像。有了这些改进,他们在超过100000个人类细胞中进行了RNA分析,在一次单一的18小时测量中分析了多达40000个细胞。这种吞吐量将充分扩展通过MERFISH得以解决的生物学问题的范围。

在上个月,庄小威带领哈佛大学的研究人员,开发出一种成像方法,绘制出了单条染色体上多个区域的位置,研究结果揭示出了一些染色质结构域和隔间(compartment)的空间组织。这一研究成果发布在8月5日的《科学》(Science)杂志上。

每年,庄小威都会领导课题组在Science、Nature、Cell三大期刊上发布一些她们取得的重大科研突破。2016年,其研究组已连接取得了一系列引人注目的研究成果。

1月,庄小威的研究小组采用超分辨率成像揭示出了不同表观遗传状态的独特染色质折叠。这一重要的成果发布Nature杂志上。2月,庄小威教授与美国石溪大学助理教授Jarrod B. French,康宁公司的Ye Fang,以及宾夕法尼亚州立大学的Stephen J. Benkovic教授合作,揭示出了嘌呤体(Purinosome)与线粒体之间的空间共定位及功能上的关联。这一重要的研究发现发布在Science杂志上。

5月5日,她领导哈佛大学的研究人员在活细胞中实时成像了单个mRNA分子翻译。这一重大的突破性成果发布在Cell杂志上。5月9日,证实基于肌动蛋白(actin)-血影蛋白(spectrin)的周期性膜骨架普遍存在于广泛的神经细胞类型和动物物种中。这一研究发现发布在PNAS上。5月20日,庄小威带领的研究小组在国际著名学术期刊《eLife》发表研究成果。这项研究使用超高分辨率显微镜来影像大肠杆菌转录组,并观察到了RNA的全基因组空间组织。

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