Cell论文详解：新成像办法可同时对单个细胞中5种分歧分子停止成像

2020年11月25日讯/BIOON/---在单个细胞内，不计其数个分子，如卵白、离子和其他旌旗灯号分子，配合发扬各类功效---接收养分物、贮存记忆和分化成特定的组织等等。

解读这些分子及其一切的互相感化是一项艰难的义务。在过来的20年里，迷信家们曾经开辟出了荧光申报分子用来读取细胞内单个分子的静态。但是，平日一次只能不雅察到一两个如许的旌旗灯号，这是由于显微镜无法区分很多荧光色彩。

在一项新的研讨中，来自美国麻省理工学院的研讨人员现在开辟出一种办法：经过测量全部细胞内随机的、分歧地位的每个旌旗灯号，一次可以对多达5种分歧类型的分子停止成像。相干研讨成果于2020年11月23日在线揭橥在Cell期刊上，论文题目为“Spatial Multiplexing of Fluorescent Reporters for Imaging Signaling Network Dynamics”。论文通信作者、麻省理工学院的Edward Boyden传授说，这种办法可以让迷信家们更多地懂得掌握年夜多半细胞功效的庞杂旌旗灯号收集。论文第一作者为麻省理工学院博士后研讨员Changyang Linghu和研讨生Shannon Johnson。

图片来自Cell, 2020, doi:10.1016/j.cell.2020.10.035。 Boyden说，“基因组编码的分子无数千种，它们以我们不睬解的方法互相感化。只要同时不雅察它们，我们才干懂得它们之间的关系。”

在这项新的研讨中，Boyden及其同事们应用这种技巧判定出两种对钙旌旗灯号有分歧反响的神经元群体，这能够影响它们若何编码历久记忆。

荧光簇

为了使细胞内的分子运动变得可见，迷信家们平日经过将一种感知目的分子的卵白与一种会发光的卵白相交融来构建申报分子。Johnson说，“这相似于烟雾探测器，一旦感应到烟雾，就会闪耀灯光。”最常用的发光卵白是绿色荧光卵白（GFP），它基于最后在荧光水母中发明的分子。

Boyden说，“普通来说，生物学家可以在显微镜上同时看到一种或两种色彩，而好多申报分子都是绿色的，这是由于它们都是基于GFP。到如今为止，不断缺少的是同时不雅察一两种以上的旌旗灯号的才能。”

Linghu说，“就像听管弦乐队的单件乐器的声响远远缺乏以完整观赏一首交响乐一样，经过完成同时不雅测多个细胞旌旗灯号，我们的技巧将协助我们懂得细胞运动的"交响乐"。”

为了进步他们能看到的旌旗灯号数目，这些研讨人员开端经过地位而不是色彩来辨认旌旗灯号。他们修正了现有的申报分子，使得它们在细胞内的分歧地位集合成簇。他们经过在每个申报分子中添加两个小肽来做到这一点，这有助于这些申报分子在细胞内构成分歧的簇。

Johnson说，“这就像让申报分子X被拴在乐高（LEGO）积木上，而申报分子Z被拴在科乐思（K"NEX）拼块上---只要乐高积木与其他乐高积木扣在一路，才会招致申报分子X仅与更多的申报分子X集合在一路。”

经过这种技巧，每个细胞最终会无数百个荧光申报分子簇。在显微镜下测量每个簇的活性后，依据荧光的变更，这些研讨人员可以经过保管细胞和对每个申报分子特有的肽标签停止染色来肯定每个簇中被测量的分子。这些肽标签在活细胞中是看不见的，但在活体成像完成后，它们可以被染色并看到。这使得他们可以区分分歧分子的旌旗灯号，即便它们在活细胞中能够收回雷同色彩的荧光。

经过应用这种办法，这些研讨人员发明，他们可以在单个细胞中不雅察到五种分歧的分子旌旗灯号。为了证实这种战略的潜在有效性，他们平行测量了三种分子---钙、环状AMP（cAMP）和卵白激酶A（PKA）---的活性。这些分子构成的旌旗灯号收集与全身很多分歧的细胞功效有关。在神经元中，它在将短期输出（来自下游神经元）转化为历久变更中起侧重要感化。这些历久变更包含增强神经元之间的衔接，而这是进修和构成新记忆所必须的进程。

在将这种成像技巧使用于海马体的锥体神经元（pyramidal neuron）中后，这些研讨人员发明了两个具有分歧钙旌旗灯号静态的新型亚群。一个亚群表示出迟缓的钙反响。在另一个亚群中，神经元具有更快的钙反响。后一个亚群有较年夜的PKA反响。这些研讨人员以为，这种激烈的反响能够有助于保持这些神经元的历久变更。

对旌旗灯号收集停止成像

这些研讨人员现在筹划在活体植物中测验考试这种办法，如许他们就可以研讨旌旗灯号收集运动与行动的关系，还可以将其扩大到其他类型的细胞，如免疫细胞。这种技巧关于比拟来自安康组织和患病组织的细胞之间的旌旗灯号收集形式也能够是有效的。

在这篇论文中，这些研讨人员发明他们可以同时记载5种分歧的分子旌旗灯号，并且经过修正现有的战略，他们信任可以同时记载高达16种分歧的分子旌旗灯号。他们说，经过额定的研讨任务，这个数字能够到达数百个。

Boyden说，“这真地能够有助于破解一些关于细胞各部门若何配合发扬感化的辣手成绩。人们能够会想象存在如许的一个时期：我们可以不雅察活细胞中产生的一切，或许至多是与进修，或与疾病，或与疾病医治有关的部门。”（100医药网 100yiyao.com）