IT之家 12 月 7 日消息，人类细胞核的直径远小于头发，却能容纳约两米长的 DNA，这是生命体系中最紧凑且高效的结构之一。
DNA 会缠绕蛋白质形成核小体，继而折叠成染色质纤维和更高层级结构，但染色质如何在维持功能的同时进一步压缩，长期存在未解之谜。
国际联合团队通过冷冻电子断层扫描技术（cryo-ET）首次拍摄到了迄今为止最详细的染色质凝聚体（压缩 DNA 的液滴状结构）分子图像。该研究于 12 月 4 日发表于《科学进展》。
▲ Janelia 研究园区的一台冷冻电镜仪器图源：HHMI Janelia 研究园区2019 年，美国德州大学西南医学中心研究团队曾在实验室中发现，人工核小体可通过“相分离”聚集成类似油滴的无膜凝聚体（condensates），有望模拟细胞内染色质的紧密组织方式。要理解这种结构及其物理机制，科研人员必须直接观察这些凝聚体内部的分子排布，但此前尚无人成功获取足够清晰的图像。
来自 UT Southwestern、加州大学圣地亚哥分校、剑桥大学和 HHMI Janelia 研究园区的团队近日利用冷冻电镜断层扫描（cryo-ET），获得了迄今最详细的合成染色质凝聚体三维结构，并将同样技术应用于细胞内原生染色质成像。
研究团队结合三大创新技术，实现对染色质凝聚体的“透视”：
液氮闪冻锁定分子运动：在-180℃ 下瞬间固定染色质纤维动态结构，保留天然构象；
离子束纳米切片：通过冷冻聚焦离子束将样本减薄至 100 纳米，满足高分辨率成像需求；
多角度三维重构：对单一样本采集数百张投影图像，算法合成染色质凝聚体原子级模型。
此方法首次可视化凝聚体内核小体的空间排布 —— 单个凝聚体包含数十万快速移动的分子，其集体行为产生“涌现特性”（如自组装与稳定性），远超单个分子的简单叠加。
结合模拟与光学成像结果，团队绘制了染色质纤维在凝聚体中的网络分布。他们发现，决定核小体间距的“连接 DNA”（linker DNA）长度，对纤维在凝聚体中的排列方式具有关键影响，也解释了不同类型染色质在相分离倾向和凝聚体材料特性上的差异。
研究显示，人工凝聚体与细胞内染色质的压缩方式高度相似，为理解染色质组织提供了重要结构依据。
论文通讯作者 Michael Rosen 表示，这是首次将单个分子结构与凝聚体宏观性质直接关联。“我们可能只是刚刚触及冰山一角。”
该研究还为探索其他参与基因调控、压力响应及细胞组织的生物大分子凝聚体提供参考，有助于进一步理解无膜结构如何维持细胞功能及其失调机制。
IT之家附论文地址：
https://www.science.org/doi/10.1126/science.adv6588
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