Stowers醫(yī)學(xué)研究所的研究人員已經(jīng)解決了復(fù)合物的三維結(jié)構(gòu)，這對(duì)于在生殖細(xì)胞分裂或減數(shù)分裂期間正確分選染色體到卵子和精子是必不可少的。當(dāng)這種稱為聯(lián)會(huì)復(fù)合體的結(jié)構(gòu)在細(xì)胞中不能正常組裝時(shí)，它可能導(dǎo)致染色體異常，流產(chǎn)和先天缺陷。

自從聯(lián)合復(fù)合體于1956年首次被發(fā)現(xiàn)以來，研究人員一直試圖識(shí)別它的許多運(yùn)動(dòng)部件以及它們?nèi)绾谓M合在一起。他們的努力受到物理定律的限制：即使是最高功率的顯微鏡，結(jié)構(gòu)也太小而無法可視化。

現(xiàn)在，Stowers的研究人員，包括Cori Cahoon，Zulin Yu，Ph.D。和Yongfu Wang博士，已經(jīng)結(jié)合了兩種先進(jìn)的顯微鏡技術(shù) - 一種將樣品擴(kuò)大到原始尺寸的幾倍，另一種使用計(jì)算機(jī)捕獲人眼無法看到的東西 - 呈現(xiàn)出這種神秘結(jié)構(gòu)的相似之處。他們的研究結(jié)果在2017年7月31日的“美國國家科學(xué)院院刊”網(wǎng)絡(luò)早期版本中報(bào)道，并不是他們所期望的。

“結(jié)構(gòu)比我們想象的要復(fù)雜得多，美麗得多，”Stowers研究所的研究員，該研究的高級(jí)作者R. Scott Hawley博士說。“我們認(rèn)為它看起來就像一條鐵軌，但我們發(fā)現(xiàn)它實(shí)際上更像是兩條鐵軌，一條堆疊在另一條鐵軌之上。這改變了我們對(duì)這種結(jié)構(gòu)及其作用的看法。”

在減數(shù)分裂中，細(xì)胞復(fù)制其所有染色體，將它們配對(duì)，然后將它們分成卵或精子。這種精心編排的過程得到了聯(lián)會(huì)復(fù)合體的幫助，這種復(fù)合物是在配對(duì)的同源染色體之間形成的蛋白質(zhì)組合，并使它們保持適當(dāng)?shù)膶?duì)齊和位置。減數(shù)分裂過程中的錯(cuò)誤是導(dǎo)致人類流產(chǎn)的主要原因。

幾十年來，研究酵母，蒼蠅，蠕蟲甚至一些哺乳動(dòng)物的研究人員試圖仔細(xì)研究進(jìn)化上保守的聯(lián)會(huì)復(fù)合體結(jié)構(gòu)。去年，Stowers顯微鏡和組織學(xué)研究所的研究人員Yu和Wang分別了解了一種稱為擴(kuò)展顯微鏡的新技術(shù)，該技術(shù)允許以納米級(jí)精度顯示結(jié)構(gòu)。他們聯(lián)系了Hawley實(shí)驗(yàn)室的博士后研究員Cahoon，他正在研究這種聯(lián)會(huì)復(fù)合體，并建議他們?cè)囈辉嚒?/p>

霍利說：“她愿意抓住機(jī)會(huì)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，即使它們存在風(fēng)險(xiǎn)。它帶來了大量的回報(bào)。”“他們所取得的成就是技術(shù)巡回演出。”

首先，該團(tuán)隊(duì)從解剖的果蠅卵巢中收集了聯(lián)會(huì)復(fù)合體的樣本。他們將這些樣品嵌入特殊類型的凝膠中，加入液體，并觀察樣品擴(kuò)大四倍。然后，研究人員使用稱為結(jié)構(gòu)照明顯微鏡的超分辨率技術(shù)研究了超大尺寸樣本。

他們發(fā)現(xiàn)令人吃驚的是：結(jié)構(gòu)分為兩個(gè)相同的層，在較低的分辨率下無法區(qū)分?；旧?，聯(lián)會(huì)復(fù)合體連接兩個(gè)同源染色體，每個(gè)染色體具有彼此堆疊的兩個(gè)姐妹染色單體。研究人員表明，這種復(fù)合物采用雙層方法分別連接兩個(gè)上部染色單體和兩個(gè)下部染色單體。他們創(chuàng)建了一個(gè)結(jié)構(gòu)的計(jì)算機(jī)模型，顯示由兩組鐵軌連接的DNA線圈，這兩條鐵軌由作為聯(lián)會(huì)復(fù)合體一部分的四種已知蛋白質(zhì)組成。雖然在這項(xiàng)研究中的研究人員只看了四種蛋白質(zhì)，更多的未知蛋白質(zhì)也可能存在于結(jié)構(gòu)中，所以還有更多的細(xì)節(jié)需要填寫。

“這是一個(gè)非常令人難以置信的洞察力，使用這種新的擴(kuò)展顯微鏡方法的技術(shù)飛躍，并將其與結(jié)構(gòu)化照明合并，以創(chuàng)建一種方式來查看以前尚未解決的結(jié)構(gòu)，”霍利說。“我們可以學(xué)到很多東西。我們?cè)缴钊氲浇Y(jié)構(gòu)中，我們看到的越復(fù)雜，結(jié)構(gòu)就越令人驚訝。結(jié)構(gòu)提供了對(duì)功能的深刻洞察。”