“非凡的”工具测序DNA和跟踪蛋白质——无需打开细胞
2024年10月10日
“非凡的”工具测序DNA和跟踪蛋白质——无需打开细胞
显微镜技术让科学家们能够描绘出完整细胞中蛋白质和染色体是如何相互作用的。
海蒂·莱福德
在黑色背景上以蓝色、黄色和紫色显示的膨胀细胞核中的免疫荧光
一种成像方法揭示了人类结缔组织细胞核内的各种蛋白质(蓝色、黄色和品红色)。鸣谢:Ajay 、 、 和Jason
研究人员正在排队尝试一种强大的显微镜技术，这种技术可以同时对单个细胞的DNA进行测序，并以高分辨率精确定位其蛋白质的位置——所有这些都无需打开细胞并提取其内容物。对完整细胞内的DNA和蛋白质成像提供了关于这些分子如何协同工作的重要信息。
该方法的开发者已经用它来研究衰老如何改变细胞核中蛋白质与染色体的相互作用方式。他们发现，随着身体老化，这些核蛋白的变化会抑制基因活性。
澳大利亚悉尼医学研究所的癌症生物学家安库尔·夏尔马(Ankur )说:“这篇论文真的很特别。”他没有参与这项研究，但热衷于使用这种方法研究癌细胞，并在社交媒体平台x上将其描述为“非凡的”。
9月26日发布在上的预印本1中描述了这种被称为原位基因组测序的方法。它还没有经过同行评审。
DNA包装
这种方法可能对研究DNA如何缠绕蛋白质并塞入细胞核的研究人员特别有用——以及基因在泥沼中的位置如何影响它们的活动。马萨诸塞州剑桥市哈佛大学的遗传学家Jason 是预印本的作者，他说，我们可以把DNA想象成“一串线性信息，必须在一个5微米大小的细胞核内进行压缩和组织”。"关于折叠是如何发生的，有很多信息."
为了提取这些信息，和他的同事混合了两种以前报道过的方法。一种方法是给细胞注入一种复制DNA的特殊酶，以及一套荧光标记的DNA成分，一个接一个地结合到正在生长的DNA链中。通过阅读添加荧光标签的序列，研究人员可以确定基因组片段的序列。
新的成像技术也可以用来显示基因组信息。每种颜色代表上图所示的同一结缔组织细胞核中的不同染色体。鸣谢:Ajay 、 、 和Jason
研究人员很早就知道如何用标签标记蛋白质来追踪它们的位置。但是光学显微镜的分辨率受到光波长的限制，这使得很难区分非常靠近的荧光标记的DNA或蛋白质链。这在原子核的狭窄范围内提出了一个特殊的问题。
因此，该团队增加了另一种方法，称为扩展显微镜3。这项技术依赖于一种渗透细胞的凝胶，当它吸水时会膨胀——就像一次性尿布中的填充物一样。随着凝胶的膨胀，它会推动分子进一步分离，从而更容易区分蛋白质分子。
两种方法的结合使的团队能够研究-早衰综合征患者细胞中蛋白质和基因之间的相互作用，这是一种导致早衰的遗传疾病。这种情况是由称为层粘连蛋白的蛋白质突变引起的，层粘连蛋白通常位于细胞核的外围。研究人员证实了之前的结果，即在早衰症患者中，这些异常核纤层蛋白侵入细胞核内部，在那里它们似乎改变了染色体的典型排列并抑制了基因活性。类似的异常出现在一名没有早衰症的92岁捐赠者的皮肤细胞中。
信息金矿
扩增原位基因组测序是一系列方法中的最新一种，这些方法使研究人员能够从单个细胞中收集越来越多的数据。比利时鲁汶大学的遗传学家 Voet说，最终目标是开发一种检测细胞中几乎任何蛋白质或代谢物的方法。
目前，Voet和他的团队正在考虑这种方法是否可以用于他们的研究，即发育中的胚胎细胞如何应对彼此不同的染色体数目。
澳大利亚墨尔本沃尔特和伊莱扎·霍尔医学研究所研究高级显微镜的凯利·罗杰斯说，这项技术需要相当多的专业知识，这将限制能够立即采用这项技术的研究人员的数量。“这看起来肯定很复杂。”
即便如此，罗杰斯可以列出很多可能想利用这种方法的同事。她说，随着时间的推移，这些协议可以简化，甚至商业化。
“有一件事是肯定的，那就是这将会被更多的科学家所利用，”罗杰斯说。"现在我们能实现的目标似乎没有太多限制。"
doi:
参考
1.，A. S .等人在 bior XIV的预印本(2024年)。
2.佩恩，A. C .等人,《科学》371， (2021)。
文章
谷歌学术
3.陈，f .，蒂尔伯格，P. W. &博伊登，E. S .科学347，543–548(2015)。
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谷歌学术
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