细胞:用新型生物传感器条码破解癌细胞信号传导系统

来源：原创网站2021-12-07 10:00

在一项新的研究中，美国约翰斯霍普金斯大学的研究人员展示了他们如何在分子水平上做同样的事情：通过使用不同的条形码系统——由图案和颜色的组合组成的条形码系统，每种组合都与通信网络中特定的生化活动有关——研究癌细胞相互“交谈”的方式。

2021年12月7日/Bion/-自1974年第一个条形码出现在一包口香糖上以来，这个无处不在的系统使制造商、零售商和消费者能够快速有效地识别、描述、定位和跟踪产品和材料。在一项新的研究中，美国约翰斯霍普金斯大学的研究人员展示了他们如何在分子水平上做同样的事情：通过使用不同的条形码系统——由图案和颜色的组合组成的条形码系统，每种组合都与通信网络中特定的生化活动有关——研究癌细胞相互“交谈”的方式。相关研究成果于2021年11月26日在线发表在Cell Journal上，题目为“用海量多重生物传感器条码破译细胞信号网络”。

通讯作者、约翰霍普金斯大学医学院病理学助理教授黄传祥博士(熊)说：“当癌细胞通讯时，许多蛋白质不断改变它们相互作用的方式。传统上很难对这种信号传输进行深入和实时的研究，因此我们需要一种能够同时对这种信号传输网络中发生的一切进行成像、跟踪和分析的方法，从而揭示这些活动之间的真实关系。”

黄说，由基因编码的荧光生物传感蛋白以前被用于研究细胞蛋白质功能，包括癌细胞中的信号转导活动。这些生物传感蛋白是由荧光团标记的蛋白质片段，其中荧光团是吸收特定波长(一种颜色)的光能，然后发出更长波长(另一种颜色)的光的荧光分子，每种颜色都与细胞内的特定活动有关。利用荧光显微镜对这些生物传感蛋白显示的光颜色的类型、位置和强度进行成像，科学家可以准确记录在不同细胞区域发挥作用的蛋白质。

黄说，“例如，特定颜色的光强度的变化，它们在细胞中的位置，以及一种颜色与另一种颜色的比率，都阐明了研究中蛋白质的活性水平，以及它们如何实时相互作用。”

然而，黄说，当研究人员需要跟踪复杂的系统，如癌细胞通讯网络时，荧光生物传感蛋白的使用是有限的。他解释说，这是因为不同的荧光生物传感蛋白通常具有非常相似的颜色，并且当它们一起成像时无法相互区分。

这篇论文的第一作者，约翰霍普金斯大学医学院的副研究员Jr-杨明博士说，“在过去，如果你想看到几十种生物传感蛋白跟踪信号网络中不同蛋白质的活动，每个生物传感蛋白必须在一个单独的实验中成像，这个实验持续几个小时。此外，为了了解这个通信网络的特性，必须重复这些实验。除了时间投入，独立成像操作增加了出错的可能性，这让我们很难判断活动的变化是否来自真实影响。”

图片来自cell，2021，doi :10.1016/j . cell . 2021 . 11 . 005

黄和他的同事们通过结合不同颜色和定位模式的荧光蛋白来构建“生物传感器条形码”来克服这些问题，该条形码可以同时识别和跟踪大量针对多种蛋白质的生物传感蛋白质，包括那些驱动癌症形成的蛋白质。

黄说：“为了并行跟踪多个信号蛋白的活动，我们在单个细胞中将不同的生物传感蛋白与特定的条形码配对，然后用延时显微镜混合成像。由于每个细胞都有不同的条形码，我们也可以使用这种方法来识别混合物中不同的细胞群，并研究它们如何相互交流。”

黄说，通过成像获得的图像由该论文的合著者迟伟宇博士构建的人工智能机器学习系统进行分析。黄实验室博士后研究员。

Chi说，“人工智能分析使我们能够在几秒钟内而不是几个小时内读取这些条形码，这是观察不同蛋白质的活动如何与时间同步的关键一步。”

黄说：“通过使用生物传感条形码，我们希望获得比以往更多的见解和更全面的观点，了解致癌基因[启动癌细胞产生的基因]如何影响癌细胞之间的通讯，以及如何与其他信号传输网络(如免疫系统使用的网络)进行通讯。这些发现可能有助于指导新的干预和治疗。”(100yiyao.com 100医疗网)

参考文献：

小杨明等人。Cell，2021，doi :10 . 1016/j . cell . 2021 . 11 . 005。

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