????DNA如何包裝成染色體，是科學家們一直努力破解的重要科學問題。近30年來，由于缺乏系統(tǒng)、合適的研究手段，作為染色質(zhì)包裝過程中承上啟下的關(guān)鍵部分，30納米染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)研究一直是現(xiàn)代分子生物學領(lǐng)域面臨的最大挑戰(zhàn)之一。

　　科學家已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，染色質(zhì)包裝分4步完成，對應(yīng)了染色質(zhì)的四級結(jié)構(gòu)：第一級結(jié)構(gòu)是核小體;第二級結(jié)構(gòu)是核小體螺旋化形成30納米染色質(zhì)纖維;第三級結(jié)構(gòu)是30納米染色質(zhì)再折疊成更為復(fù)雜的染色質(zhì)高級結(jié)構(gòu)，即超螺旋體;第四級結(jié)構(gòu)是超螺旋體進一步折疊形成在光學顯微鏡下可以看到的染色體。

　　為解析30納米染色質(zhì)的高精度三維冷凍電鏡結(jié)構(gòu)，中科院生物物理所研究員李國紅課題組及其合作者(朱平課題組和許瑞明課題組)在基金委重大研究計劃“細胞編程與重編程的表觀遺傳學機制”支持下，自主建立了染色質(zhì)體外組裝和冷凍電鏡技術(shù)(11埃)。利用這一技術(shù)，研究人員在國際上首次發(fā)現(xiàn)30納米染色質(zhì)纖維是以4個核小體為結(jié)構(gòu)單元形成的左手雙螺旋結(jié)構(gòu)。同時，連接組蛋白H1在單個核小體內(nèi)部及核小體單元之間的不對稱分布及相互作用促成30納米高級結(jié)構(gòu)的形成，從而明確了H1在30納米染色質(zhì)纖維形成過程中的重要作用。

　　2014年4月25日，在DNA雙螺旋結(jié)構(gòu)發(fā)現(xiàn)61周年的紀念日，《科學》雜志以Double Helix，Doubled(《雙螺旋，無獨有偶》)為題介紹了這項重要成果，并同期刊發(fā)英國劍橋大學教授Andrew Travers撰寫的題為The 30-nm Fiber Redux(《30納米纖維的歸來》)的評論。該評論指出：(本文)結(jié)果明確地界定了染色質(zhì)纖維中DNA的走向，解決了染色質(zhì)到底是單股纖維還是雙股纖維這個根本性的問題。本來似乎已經(jīng)陷入困境的30納米染色質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)研究，又會重新成為生物學家們繼續(xù)關(guān)注的焦點。該成果發(fā)表后受到國內(nèi)外學術(shù)界的廣泛關(guān)注，被多部世界知名最新版本教科書收錄(《生物化學》《結(jié)構(gòu)生物學》等)。

　　據(jù)李國紅介紹，在30納米染色質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)解析的基礎(chǔ)上，他們通過與中科院物理所李明課題組合作，利用單分子磁鑷技術(shù)對30納米染色質(zhì)纖維建立和維持的動力學過程進行了深入的探討。在后續(xù)研究中，研究人員正在建立和完善描繪全基因組染色質(zhì)結(jié)構(gòu)的MNase-seq技術(shù)——gMNase-seq(細胞核內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)分析方法)，通過蛋白質(zhì)融合或不同大小的金顆粒修飾和改造MNase，提高MNase-seq的空間分辨率，進一步描繪了細胞核內(nèi)染色質(zhì)纖維三維結(jié)構(gòu)的動態(tài)調(diào)控及其分子機制。

　　“30納米染色質(zhì)纖維結(jié)構(gòu)”先后入選“十八大以來中國科學院重大創(chuàng)新成果”和“中國科學院‘十二五’標志性重大進展核心成果”。該研究成果表明我國科學家在攻克30納米染色質(zhì)纖維高級結(jié)構(gòu)這一30多年懸而未決的重大科學問題上取得了重要突破，這使我國在染色質(zhì)結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域達到國際領(lǐng)先水平。同時，也為預(yù)測體內(nèi)染色質(zhì)結(jié)構(gòu)建立的分子基礎(chǔ)以及各種表觀遺傳因素對染色質(zhì)結(jié)構(gòu)調(diào)控的可能機理提供了結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)。