2024年10月30日，來自東南大學(xué)的林承棋、羅卓娟與謝芃教授領(lǐng)銜的研究團(tuán)隊，在權(quán)威生物醫(yī)學(xué)期刊《Life Medicine》上發(fā)表了題為“4D live tracing reveals distinct movement trajectories of meiotic chromosomes”的研究論文。通過長時間三維活細(xì)胞成像和定量分析框架，利用機(jī)器學(xué)習(xí)模型實現(xiàn)了對染色體軌跡的精確跟蹤和分類，揭示了小鼠卵母細(xì)胞減數(shù)分裂過程中染色體的運動模式。

染色體在細(xì)胞分裂過程中的準(zhǔn)確分離對遺傳信息的正確傳遞至關(guān)重要，染色體在紡錘體上的準(zhǔn)確排列是染色體分離的前提。紡錘體通過微管驅(qū)動染色體的動態(tài)運動，從而實現(xiàn)準(zhǔn)確排列。然而，染色體在排列前的運動軌跡仍不明確。此外驅(qū)動染色體運動的驅(qū)動蛋白（KIF）在協(xié)調(diào)紡錘體組織和動力學(xué)中發(fā)揮著重要作用，但其如何調(diào)節(jié)染色體的運動軌跡尚不清楚。

本研究建立了一個 4D 成像分析框架，實現(xiàn)了同一細(xì)胞中全部染色體的運動軌跡追蹤、可視化與定量分析，揭示了染色體在排列前至少遵循三種不同的運動軌跡：回溯、會合和準(zhǔn)靜態(tài)。研究進(jìn)一步揭示了不同的 KIF 缺失對染色體運動軌跡及染色質(zhì)排列的差異影響，證明染色體運動軌跡是反映細(xì)胞能否正常分裂的重要特征。作者進(jìn)而開發(fā)了一個深度學(xué)習(xí)模型來對染色體運動軌跡進(jìn)行分類，為將來的高通量功能篩選提供了一種高效的途徑。這些發(fā)現(xiàn)和研究框架有助于我們更好地理解染色體分離的機(jī)制，并為預(yù)防和治療染色體異常相關(guān)疾病提供新的思路。

東南大學(xué)生物科學(xué)與醫(yī)學(xué)工程學(xué)院謝芃研究員，生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院博士生朱詩琪和張瑨，福建省婦幼保健院王心睿研究員為該論文的共同第一作者。東南大學(xué)生命科學(xué)與技術(shù)學(xué)院林承棋教授與羅卓娟教授，福建省婦幼保健院孫艷教授為該論文的共同通訊作者。該研究得到了國家重點研發(fā)計劃、國家自然科學(xué)基金和深圳市科技計劃等項目的資助。(生科院)