一種名為鋅指的獨(dú)特命名分子在過去幾年中經(jīng)常出現(xiàn)在新聞中。鋅指是在人類和動(dòng)物細(xì)胞中發(fā)現(xiàn)的蛋白質(zhì)，它們使用鋅原子來保持其同名的“手指”形狀。它們與特定的DNA序列結(jié)合，這使得鋅指非常適合靶向基因和基因組的其他部分。它們已成為某些疾病治療的潛在工具，因?yàn)樗鼈兛梢园邢蛴腥毕莸幕蚩截悺?/p>

本月的Genome Advance of the Month描述了鋅指的新用途，以提高研究人員研究單細(xì)胞過程和較大細(xì)胞群之間相互作用的能力。

來自哈佛醫(yī)學(xué)院George Church博士實(shí)驗(yàn)室的Prashant Mali博士和John Aach博士研究了鋅指和DNA的相互作用。他們注意到鋅指和DNA都是高度可定制的，它們之間產(chǎn)生了無數(shù)的組合。這導(dǎo)致他們探索使用鋅指來使用細(xì)胞和其他大分子來創(chuàng)造結(jié)構(gòu)。

他們的研究小組設(shè)計(jì)了鋅指，可以在活細(xì)胞表面表達(dá)。這些“表面鋅指”(sZF)從細(xì)胞膜突出，使得周圍溶液中的DNA與它們結(jié)合。每個(gè)sZF的靶DNA可以進(jìn)行熒光標(biāo)記，以便在特殊的顯微鏡下可以看到任何與鋅指結(jié)合的DNA。由于鋅指顯示出特異性結(jié)合特性，因此它們作為它們所附著的細(xì)胞的獨(dú)特“條形碼”。Mali博士及其同事表明，可以使用熒光標(biāo)記的DNA探針分離和觀察具有不同鋅指標(biāo)記的細(xì)胞混合物。

然后，該團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了一種方法，僅使用三種顏色的熒光標(biāo)記可視化大量細(xì)胞類型。在第一個(gè)熒光標(biāo)記的DNA探針與鋅指結(jié)合后，另外兩個(gè)DNA探針與第一個(gè)探針結(jié)合。這兩種探針中的第一種是阻斷初始探針熒光的“猝滅劑”。第二探針用不同顏色熒光標(biāo)記。通過觀察顏色過渡，可以僅用三種顏色識(shí)別六個(gè)單元。重復(fù)猝滅序列并添加新的熒光DNA探針允許越來越多的細(xì)胞可視化。

在成功標(biāo)記細(xì)胞后，該團(tuán)隊(duì)尋找其他鋅指應(yīng)用。

他們發(fā)現(xiàn)的第一個(gè)潛在功能是使用鋅指來報(bào)告內(nèi)部細(xì)胞狀況。研究人員用DNA工程化感染細(xì)胞，只有在特定分子存在的情況下才能產(chǎn)生鋅指。他們通過尋找表面鋅指而不是毒素本身來尋找分子(如毒素)的存在。他們用抗生素四環(huán)素和cumate(一種小分子)測試了這一點(diǎn)，并且很容易檢測到所產(chǎn)生的鋅指。該應(yīng)用可以幫助科學(xué)家根據(jù)鋅指的外觀跟蹤何時(shí)生成特定分子，從而研究不同的分子途徑。

他們考慮的第二種用途是使用表面鋅指作為分子手柄來捕獲特定細(xì)胞。研究人員采用標(biāo)記和未標(biāo)記細(xì)胞的混合物，并用靶DNA鏈覆蓋的磁珠孵育它們。收集珠子并洗滌后，表達(dá)鋅指的細(xì)胞仍附著在珠子上。這將允許更容易地分離特定細(xì)胞類型。

第三，研究小組表明鋅指可以幫助將外源DNA輸送到細(xì)胞中。科學(xué)家經(jīng)常使用病毒感染外來DNA細(xì)胞進(jìn)行遺傳學(xué)研究，但這種感染的成功程度各不相同。這些研究人員表明，表達(dá)鋅指的細(xì)胞更容易被鋅指靶DNA中包被的病毒感染，而不是沒有靶DNA的病毒感染。這可以幫助細(xì)胞靶向，特別是當(dāng)感興趣的細(xì)胞與其他細(xì)胞類型混合時(shí)。

但是，鋅指的全部潛力可能尚未被挖掘。

“這種新方法的一個(gè)有趣的潛在用途是產(chǎn)生特定細(xì)胞類型的空間排列以”構(gòu)建“人造組織和器官，”NHGRI基因組科學(xué)部門主任，技術(shù)開發(fā)項(xiàng)目主任Jeffery Schloss博士說。協(xié)調(diào)。

然而，人體組織可能難以獲得和準(zhǔn)備，因?yàn)樗枰幸庠傅木栀?zèng)者。使用鋅指，科學(xué)家可以通過組合單個(gè)細(xì)胞來創(chuàng)建組織進(jìn)行測試。科學(xué)家可以使用誘導(dǎo)多能干細(xì)胞(iPSCs)產(chǎn)生特定組織或器官的不同細(xì)胞類型。這些由人體組織細(xì)胞產(chǎn)生的干細(xì)胞可以產(chǎn)生任何其他細(xì)胞類型。然后，不同的細(xì)胞類型將獲得他們自己獨(dú)特的鋅指條形碼。然后科學(xué)家可以通過將DNA探針放置在他們想要特定細(xì)胞類型錨定的位置來創(chuàng)建分子“數(shù)字繪畫”圖像。這可以在平坦表面上或在三維框架中完成。

“所得到的人造組織可用于測試候選藥物的效果，”Schloss博士補(bǔ)充說。

這項(xiàng)工作代表了理解細(xì)胞和組織如何工作以及開發(fā)更易于研究的模型的潛在重要一步。隨著這項(xiàng)技術(shù)和其他類似方法的開發(fā)，研究人員可能能夠生成用于研究和醫(yī)療保健的組織。