可李国红也很清楚,只有啃下这块“硬骨头”,人类在认识自己的道路上才能走得更远。
点亮生命密码
但这一切谈何容易。结构生物学中常用的X射线晶体、核磁共振等方法,面对30纳米染色质纤维这样一个超大分子复合体都显得无能为力。由于缺乏系统性的、合适的研究手段和体系,近30年来,30纳米染色质纤维高级结构研究一直是现代分子生物学领域面临的最大挑战之一。
然而,生物物理所研究员朱平的加入,为这项研究带来了新希望。朱平的专长是冷冻电镜三维结构研究,他与长期从事30纳米染色质及表观遗传调控研究的李国红发挥各自优势,搭建了一套染色质体外重建和结构分析平台。
“冷冻电镜的原理其实二三十年前就有了,但直到最近几年才有了比较大的发展,它是研究这类超大分子复合体结构最合适的手段。”朱平介绍说,生物物理所于2010年建成了世界一流的冷冻电镜研究平台,科学家也就有了破解30纳米染色质结构的“金刚钻”。
这一研究的另一大难题是样品的制备。在人体内,任何环境细微的变化都会引起30纳米染色质的很大变化,在体外环境下就更难得到高度均一的样品。为此,李国红设计了一种体外自组装方法,精确控制实验环境,使其尽可能与体内环境接近,最终成功制备出合格的样品。
终于,中国研究团队在国际上率先解析了30纳米染色质的高清晰三维结构:30纳米染色质纤维以4个核小体为结构单元,各单元之间通过相互扭曲折叠形成一个左手双螺旋的高级结构。
“在现代生物学教科书中,30纳米染色质纤维一直被描述为由6个核小体组成的中空螺线管。”中科院前沿科学与教育局局长许瑞明说,因此这项成果是一项可以写进教科书的成果。