CGM第432期：基于单分子定位显微成像的基因组三维结构解析和转录调控研究
中国科学院深圳先进技术研究院
中国科学院深圳先进技术研究院生物医学与健康工程研究所研究员，国家自然科学基金委海外优青(2022)，科技部国家重点研发计划项目负责人(2023)。2005年毕业于清华大学自动化系获学士学位，2009年毕业于清华大学医学院获生物学硕士学位，2015年毕业于美国杜克大学获得计算生物学与生物信息学博士学位，2015年至2022年在美国Howard Hughes Medical Institute/Janelia Research Campus从事博士后研究工作，主要研究方向为超高分辨率成像技术的开发及其在生物医学研究中的应用。 其近年来以通讯或者第一(含并列)作者身份在Nature Methods(2020)、Nature Genetics (2024、2022)、Nature Communications等杂志上发表论文多篇。近年来团队的主要研究成果包括：1) 开发超高分辨率成像技术3D ATAC-PALM，首次实现了对单细胞核内全基因组开放染色质的空间分布进行纳米精度解析，为研究三维基因组的结构和功能提供了崭新的研究方法和技术路线；2) 基于荧光特异性标记技术和高速显微成像平台开发活细胞单分子示踪技术，用于研究转录因子等功能蛋白的分子动力学特性。
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在 Bilibili 打开完整回放 ↗基因组的三维结构关系到基因表达和细胞的命运决定过程，其失调与各种疾病的发生发展密切相关。传统的研究方法多依赖于分子生物学和基因组测序等间接方法，难以直接解析其生物物理本质和过程。基于单分子定位超高分辨率成像方法，我们开发了3D ATAC-PALM技术，实现了对单细胞全基因组开放染色质空间分布的纳米精度解析。结合3D ATAC-PALM、活细胞单分子示踪和单细胞组学技术，我们系统地研究了Cohesin复合体等染色质结构蛋白对于三维基因组折叠的调控作用，发现了三维基因组结构参与基因转录“共调控”这一未知的基因调控模式，为研究多种遗传疾病的致病原因提供了新方法和新思路。
参考文献
- Dong Peng, Zhang Shu, Gandin Valentina, Xie Liangqi, Wang Lihua, Lemire Andrew L., Li Wenhong, Otsuna Hideo, Kawase Takashi, Lander Arthur D., Chang Howard Y., Liu Zhe J. Cohesin prevents cross-domain gene coactivation. Nature Genetics. 2024;56(8):1654-1664. DOI: 10.1038/s41588-024-01852-1
- Xie Liangqi, Dong Peng, Chen Xingqi, Hsieh Tsung-Han S., Banala Sambashiva, De Marzio Margherita, English Brian P., Qi Yifeng, Jung Seol Kyoung, Kieffer-Kwon Kyong-Rim, Legant Wesley R., Hansen Anders S., Schulmann Anton, Casellas Rafael, Zhang Bin, Betzig Eric, Lavis Luke D., Chang Howard Y., Tjian Robert, Liu Zhe. 3D ATAC-PALM: super-resolution imaging of the accessible genome. Nature Methods. 2020;17(4):430-436. DOI: 10.1038/s41592-020-0775-2
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