利用STORM和FLIM方法对基因组DNA压缩进行多模态光学表征

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    61705142
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    23.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    F0511.生物、医学光学与光子学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2017
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2018-01-01 至2020-12-31

项目摘要

It is well known that genomic DNA compaction is involved in a series of essential cellular physiological processes, including gene activation as well as DNA replication and repair. However, there is not any appropriate real-time dynamic optical method of monitoring the DNA compaction process in a high-resolution and quantitative way. Here, we provide a multimodal super-resolution stochastic optical reconstruction microscopy (STORM)/fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) optical technique. STORM technique can provide a resolution of ~50 nm of fluorescent dye labeled chromatin fibers. In parallel, FLIM modality will be used to analyze proximity between labelled DNA strands within 1-10 nm, through the Förster Resonance Energy Transfer (FRET) mechanism. In the outcome, STORM and FLIM-FRET data sets will be mutually combined to enhance the resolution capabilities of nanoscopic imaging. With the development of the combined multimodal system, we anticipate that this STORM-FLIM super-resolution imaging will enable dynamic analysis and characterization of compacted and open chromatin structures within different stages of cell cycle. Also, we will specifically address differences in compaction between chromatin containing active genes and chromatin containing non-coding DNA sequences. Furthermore, we will apply these novel optical techniques in probing the single strand DNA in cell nucleus. In conclusion,this project will establish a new optical multimodal platform for monitoring genomic DNA compaction in a quantitative way, providing novel optical microscopy tools for quantitative studies of chromatin compaction and gene activation. These developments will be highly demanded in a broad area of quantitative cell science and applied biomedicine.
基因组DNA压缩参与基因激活、基因复制和修复等多个重要的细胞生理学过程,但目前缺乏可对该过程进行高空间分辨、实时动态以及定量表征的光学方法。本项目提出并发展一种基于超分辨随机光学重构显微(STORM)和荧光寿命显微成像(FLIM)联用的基因组DNA压缩多模态光学表征方法,利用STORM方法获得荧光标记的染色质丝超分辨图像,利用基于FLIM的荧光共振能量转移(FRET)方法分析荧光标记DNA双链的相互作用,两种成像方法的结合联用将提高对DNA压缩的光学表征能力。在此基础上,利用该光学方法和平台监测和表征细胞周期不同时间染色质压缩和打开的动态变化过程,分辨染色质富含活性基因和非编码序列区域DNA压缩的不同之处,建立在细胞核中检测单链DNA位点的新型光学方法。本项目研究将建立对染色质压缩进行定量分析的STORM/FLIM多模态光学方法,对活细胞中DNA定量研究及基因活性监测具有重要科学意义。

结项摘要

细胞是生命活动的基本单位,目前细胞生物学中一个研究热点是实时监测基因组DNA压缩如何参与基因激活、基因复制和修复等多个重要的细胞生理学过程,但目前缺乏可对该过程进行高空间分辨、实时动态以及定量表征的光学方法。针对该问题,本项目提出了一种基于超分辨随机光学重构显微(STORM)和荧光寿命显微成像(FLIM)联用的基因组DNA压缩多模态光学表征方法;利用STORM方法获得荧光标记的染色质丝超分辨图像,理解细胞周期中染色质丝的变化情况;提出了利用基于FLIM的FRET方法分析荧光标记DNA双链的相互作用,为在单细胞水平研究DNA双链提供了一种基于荧光显微成像方法的单细胞研究方法;两种成像方法的结合联用可在活细胞内实现对DNA压缩的超分辨光学表征。.与传统的生化检测及细胞生物学研究方法相比,本方法具有实时动态、无损、灵敏度高、分辨率好等优点,达到了本项目预期的单细胞的染色质定量检测等应用目标,并为研究活细胞的细胞核内染色质压缩提供了一种通用的定量分析的STORM/FLIM多模态光学方法,有望在细胞生物学机制研究特别是活细胞中DNA定量研究及基因活性监测得到广泛应用。.综上所述,本项目具有较好的研究意义和应用价值。本项目研究成果在国内外优秀专业杂志上发表研究论文5篇,其中4篇为SCI收录;申请并获授权实用新型专利 1 项;参加国际学术会议3次;培养博士后2名、硕士研究生 2名。

项目成果

期刊论文数量(3)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(0)
专利数量(1)
Cycles of protein condensation and discharge in nuclear organelles studied by fluorescence lifetime imaging
通过荧光寿命成像研究核细胞器中蛋白质凝结和放电的循环
  • DOI:
    10.1038/s41467-019-08354-3
  • 发表时间:
    2019-01-28
  • 期刊:
    NATURE COMMUNICATIONS
  • 影响因子:
    16.6
  • 作者:
    Pliss, Artem;Levchenko, Svitlana M.;Prasad, Paras N.
  • 通讯作者:
    Prasad, Paras N.
The impact of cell fixation on coherent anti-stokes Raman scattering signal intensity in neuronal and glial cell lines
细胞固定对神经元和神经胶质细胞系相干反斯托克斯拉曼散射信号强度的影响
  • DOI:
    10.1002/jbio.201800203
  • 发表时间:
    2018
  • 期刊:
    Journal of Biophotonics
  • 影响因子:
    2.8
  • 作者:
    Levchenko Svitlana M.;Peng Xiao;Liu Liwei;Qu Junle
  • 通讯作者:
    Qu Junle
Biomolecular Component Analysis of Phospholipids Composition in Live HeLa Cells
活 HeLa 细胞中磷脂成分的生物分子成分分析
  • DOI:
    10.3390/bios8040123
  • 发表时间:
    2018-12
  • 期刊:
    Biosensors
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Svitlana M. Levchenko;Junle Qu
  • 通讯作者:
    Junle Qu

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其他文献

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课题项目:调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要:

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题,其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子,其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而,TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用,影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法,探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用,为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义,并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路:

科学问题:TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达?
前期研究:已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应,但其具体机制尚不明确。
研究创新点:本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线:包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术:TRIM2与病毒RNA的相互作用分析,IFN-β启动子活性检测。
实验模型:使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
      
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