“非凡的”工具測序DNA和跟蹤蛋白質——無需打開細胞
2024年10月10日
“非凡的”工具測序DNA和跟蹤蛋白質——無需打開細胞
顯微鏡技術讓科學家們能夠描繪出完整細胞中蛋白質和染色體是如何相互作用的。
海蒂·萊福德
在黑色背景上以藍色、黃色和紫色顯示的膨脹細胞核中的免疫熒光
一種成像方法揭示了人類結締組織細胞核内的各種蛋白質(藍色、黃色和品紅色)。鳴謝:Ajay 、 、 和Jason
研究人員正在排隊嘗試一種強大的顯微鏡技術，這種技術可以同時對單個細胞的DNA進行測序，并以高分辨率精确定位其蛋白質的位置——所有這些都無需打開細胞并提取其内容物。對完整細胞内的DNA和蛋白質成像提供了關于這些分子如何協同工作的重要信息。
該方法的開發者已經用它來研究衰老如何改變細胞核中蛋白質與染色體的相互作用方式。他們發現，随着身體老化，這些核蛋白的變化會抑制基因活性。
澳大利亞悉尼醫學研究所的癌症生物學家安庫爾·夏爾馬(Ankur )說:“這篇論文真的很特别。”他沒有參與這項研究，但熱衷于使用這種方法研究癌細胞，并在社交媒體平台x上将其描述為“非凡的”。
9月26日發布在上的預印本1中描述了這種被稱為原位基因組測序的方法。它還沒有經過同行評審。
DNA包裝
這種方法可能對研究DNA如何纏繞蛋白質并塞入細胞核的研究人員特别有用——以及基因在泥沼中的位置如何影響它們的活動。馬薩諸塞州劍橋市哈佛大學的遺傳學家Jason 是預印本的作者，他說，我們可以把DNA想象成“一串線性信息，必須在一個5微米大小的細胞核内進行壓縮和組織”。"關于折疊是如何發生的，有很多信息."
為了提取這些信息，和他的同事混合了兩種以前報道過的方法。一種方法是給細胞注入一種複制DNA的特殊酶，以及一套熒光标記的DNA成分，一個接一個地結合到正在生長的DNA鍊中。通過閱讀添加熒光标簽的序列，研究人員可以确定基因組片段的序列。
新的成像技術也可以用來顯示基因組信息。每種顔色代表上圖所示的同一結締組織細胞核中的不同染色體。鳴謝:Ajay 、 、 和Jason
研究人員很早就知道如何用标簽标記蛋白質來追蹤它們的位置。但是光學顯微鏡的分辨率受到光波長的限制，這使得很難區分非常靠近的熒光标記的DNA或蛋白質鍊。這在原子核的狹窄範圍内提出了一個特殊的問題。
因此，該團隊增加了另一種方法，稱為擴展顯微鏡3。這項技術依賴于一種滲透細胞的凝膠，當它吸水時會膨脹——就像一次性尿布中的填充物一樣。随着凝膠的膨脹，它會推動分子進一步分離，從而更容易區分蛋白質分子。
兩種方法的結合使的團隊能夠研究-早衰綜合征患者細胞中蛋白質和基因之間的相互作用，這是一種導緻早衰的遺傳疾病。這種情況是由稱為層粘連蛋白的蛋白質突變引起的，層粘連蛋白通常位于細胞核的外圍。研究人員證實了之前的結果，即在早衰症患者中，這些異常核纖層蛋白侵入細胞核内部，在那裡它們似乎改變了染色體的典型排列并抑制了基因活性。類似的異常出現在一名沒有早衰症的92歲捐贈者的皮膚細胞中。
信息金礦
擴增原位基因組測序是一系列方法中的最新一種，這些方法使研究人員能夠從單個細胞中收集越來越多的數據。比利時魯汶大學的遺傳學家 Voet說，最終目标是開發一種檢測細胞中幾乎任何蛋白質或代謝物的方法。
目前，Voet和他的團隊正在考慮這種方法是否可以用于他們的研究，即發育中的胚胎細胞如何應對彼此不同的染色體數目。
澳大利亞墨爾本沃爾特和伊萊紮·霍爾醫學研究所研究高級顯微鏡的凱利·羅傑斯說，這項技術需要相當多的專業知識，這将限制能夠立即采用這項技術的研究人員的數量。“這看起來肯定很複雜。”
即便如此，羅傑斯可以列出很多可能想利用這種方法的同事。她說，随着時間的推移，這些協議可以簡化，甚至商業化。
“有一件事是肯定的，那就是這将會被更多的科學家所利用，”羅傑斯說。"現在我們能實現的目标似乎沒有太多限制。"
doi:
參考
1.，A. S .等人在 bior XIV的預印本(2024年)。
2.佩恩，A. C .等人,《科學》371， (2021)。
文章
谷歌學術
3.陳，f .，蒂爾伯格，P. W. &博伊登，E. S .科學347，543–548(2015)。
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