超分辨率显微镜

基因组学研究

SMLM将染色体的三维组织可视化,并与功能联系起来

三维成像基因组与Vutara VXL

染色体的三维结构对染色体功能和基因表达起着至关重要的作用。染色体在区域上表现出结构上的差异,包括染色体内部和染色体之间的差异。理解这些结构上的差异可能有助于理解正常和病理状态下的染色体功能。理解染色体组织的传统方法,染色体构象捕获测定,是能够提供数百万细胞基因组平均结构的整体测序技术。虽然这提供了一个良好的概览DNA组织在平均细胞,但由于数据收集的整体性质,它缺乏细胞背景。在亚染色体水平上观察基因组的组织和结构对于理解基因与其环境之间的关系是必要的。

OligoSTORM和OligoDNA-PAINT

基于OligoSTORM (B. J. Beliveau et al., 2015)的使用,哈佛大学的Ting Wu实验室与Bruker合作,开发了一种使用Vutara VXL在超分辨率水平上成像和可视化特定染色体区域DNA序列的方法(查看网络研讨会).特别设计的寡核苷酸与染色体序列杂交。通过用次级寡核苷酸顺序标记样品,然后用定位显微镜成像,可以生成标记区域的三维结构图像。

第19号染色体母系和父系同源物的14个探测。
19号染色体在一个地形相关区域内。

虎鲸成像

除了基因组成像的超分辨率工作流程,Vutara平台与SRX软件从采集到分析,完全能够进行ORCA (Optical Reconstruction of Chromatin Architecture)实验。ORCA起源于斯坦福大学Alistair Boettiger的实验室,是一种广域基因组成像技术,用于观察小基因组区域或探针步长小(2-10 kb)的单个基因。虽然衍射受限,但由于与OligoSTORM相比探针步长更小,该方法提供了高序列分辨率,并且与单分子定位数据相比,该方法可以更快地获取广域图像,从而允许更高的吞吐量研究(L. J. Mateo等人,2019)。

Vutara VXL成为理想基因组成像平台的主要特点:

  • 采用双平面专利技术进行三维定位-每个图像平面包含1 μm厚的切片
  • Z系列扩展轴向范围-扫描整个细胞核,成像深度高达30 μ m
  • 多位置捕获多个核

综合可视化和分析

SRX软件提供了一套完整的数据过滤和统计分析工具,用于执行各种各样的分析。聚类算法,如DBScan, OPTICS和Delaunay分析可用于识别基因组数据簇。在确定了星团之后,可以进一步计算星团中的粒子、体积、球度比、粒子密度和旋转半径等指标。

SRX软件还配备了自动图像分割和ORCA数据集重建的分析工作流。这包括产生距离和接触频率图,类似于集成染色体构象捕获技术获得的Hi-C图。

SRX聚类分析界面。
ORCA数据显示,SRX从单轮成像中自动识别基因组信号。轮连接形成ORCA流线。
ORCA流线在SRX中的三维可视化。
从ORCA数据在SRX中生成的接触频率图。

综合应用流体学

通过超分辨率或广域成像基因组需要标记大量的探针,远远超过现有的光谱不同的探针。因此,这些方法很大程度上依赖于顺序标记策略。完整的集成应用流体学与Vutara和SRX可用于所有顺序标签需求。

SRX软件已经过优化,以满足这一苛刻的应用程序的要求。一个关键步骤是实施微流体控制,以执行顺序标记步骤。SRX微流体控制模块允许用户创建流体序列,每个流体步骤包含无限数量的缓冲液和试剂,每个实验也包含无限数量的步骤。SRX在每个步骤中为本地化分配一个用户定义的颜色,在可视化和分析期间,合并整个数据集。无限多的步骤可以可视化和分析。

SRX流体控制界面。