染色体由通常由五个部分组成，包括核染色质、染色体支架、着丝粒、端粒和染色体外围（CP）。其中，CP是覆盖有丝分裂染色体表面的类鞘结构，其主要成分是蛋白质（CPPs）。CP被认为是细胞分裂过程中保护染色体不受亚细胞环境影响的一种绝缘体或屏障；是核和核仁组分的载体，可以使复制的染色体均匀分布于子细胞；同时也与姐妹染色单体的聚合、着丝点-微管的附着、纺锤体装置的装配和染色体分离等过程相关。目前CP荧光成像的方法主要依赖于免疫染色或异位表达基因与荧光蛋白融合技术，开发小分子荧光探针用于CP功能的探索和细胞遗传学研究具有广阔的应用前景。目前用于CP标记的小分子荧光探针还没有报导。
近日，西南交通大学生命科学与工程学院吴明雨博士与卡罗琳医学院（Karolinska Institutet）刘鸣炜复修医学中心陈斯杰博士合作开发了首例可用于CP染色的小分子荧光探针（ID-IQ）。ID-IQ具有聚集诱导发光（AIE）的特性，在聚集状态时发出黄色荧光。该探针在与Hoechst 33342对染色体进行共染色时可以发现（Fig 1）， ID-IQ的黄色荧光信号清楚地显示了染色体的边缘，而与Hoechst 33342所标记的染色体DNA互补。经测试，该染色方法可应用于包括干细胞（人胚胎干细胞hES2和诱导多功能干细胞iPSC），癌细胞（乳腺癌细胞MDA-MB-231和肝癌细胞HepG2）和普通细胞（HEK-293T）的CP成像。
Fig 1. 可用于染色体外围（CP）染色的小分子荧光探针ID-IQ
将其应用到细胞遗传学分析当中时，可以很好的解决核型分析过程中常见的难题，例如可以帮助分割接触或重叠的染色体（Fig 2B和2E），着丝粒的辨别（Fig 2H，2K和2N），进而用于染色体形态鉴定，包括中间着丝粒（Fig 2I）、亚中间着丝粒（Fig 2L）、近端着丝粒（Fig 2O）等。而这些是单靠用Hoeschest33342等DNA染料染色难以实现的。
Fig 2. ID-IQ标记CP用于辅助染色体分析。(A-C) 有助于重叠的染色体的分离。(D-F) 有助于区分相邻的染色体。(G-O) 有助于快速而准确的辨别染色体形态及着丝粒位置，区分不同类型的染色体，包括中间着丝粒(G-I)、亚中间着丝粒(J-L)和近端着丝粒(M-O)染色体。图中箭头指示着丝粒的位置。
ID-IQ与荧光原位杂交技术具有很好的兼容性，进一步展现了该探针在实际应用中的广阔前景。与荧光原位杂交探针共染时，若仅依据DNA染料的信号，难以判断DNA探针在染色体上相对于着丝粒的具体位置，而ID-IQ染色可以清楚的勾勒出染色体臂的轮廓，高精度的指示着丝粒位置，进而使研究者可以精确的定位荧光原位杂交探针在染色体的相对位置 （Fig 3）。
Fig 3. ID-IQ(黄色)、DAPI(蓝色)和A)着丝粒特异性FISH探针(红色)或(H) 4q染色体端粒FISH探针(红色)共同用于淋巴细胞染色体的染色，用于指定基因的精准定位。(B-G)和(I-N)分别给出了相应的所选染色体(白色方框)的不同通道放大图和合并后的图像。
ID-IQ为染色体研究提供了一种快速、可靠的方法，填补了染色体外围小分子荧光成像的空白，为临床细胞遗传学研究和细胞治疗质量控制提供了有力的工具。
以上成果发表在Angewandte Chemie International Edition 上，论文题目为“A Small‐Molecule AIE Chromosome Periphery Probe for Cytogenetic Studies”。我院吴明雨博士为第一作者，通讯作者为卡罗琳医学院陈斯杰博士。我院硕士研究生刘丽参与了部分工作，同时该研究工作得到封顺教授的大力指导。该项研究工作得到了国家自然科学基金的经费支持(21708030)。
原文链接：
https://doi.org/10.1002/anie.201916718
