標(biāo)有彩色條形碼的基因可為單個細(xì)胞提供精確即時的快照

突破性的新技術(shù)使科學(xué)家能夠在單個細(xì)胞內(nèi)同時成像10,421個基因。這項工作是在生物學(xué)研究教授龍才的實驗室和天橋的附屬教員以及加州理工學(xué)院的Chrissy Chen神經(jīng)科學(xué)研究所完成的。一篇描述該研究的論文發(fā)表在6月7日的“細(xì)胞”雜志上。

這項被稱為內(nèi)含子seqFISH(序貫熒光原位雜交)的新技術(shù)是能夠同時識別數(shù)百種不同細(xì)胞中基因組中發(fā)生的事情的重大進(jìn)展。以前，研究人員只能用顯微鏡在細(xì)胞中一次成像四到五個基因。這項工作建立在Cai實驗室的先前研究成果之上，包括2014年的早期版seqFISH和2017年的研究，在顯微鏡下分析了超過10,000個基因。將seqFISH擴展至基因組水平現(xiàn)在可以成像超過10,000個基因 - 約占哺乳動物基因總數(shù)的一半 - 在單個細(xì)胞內(nèi)。

為了將遺傳指令轉(zhuǎn)化為實際功能蛋白質(zhì)，必須首先發(fā)生稱為轉(zhuǎn)錄的過程。這個過程經(jīng)常發(fā)生在脈沖或“爆發(fā)”中。首先，將基因讀取并復(fù)制到前體信使RNA或前mRNA中，就像記錄快速粗略的草稿一樣。然后該分子成熟為信使RNA或mRNA，類似于編輯草稿。在“編輯”過程中，稱為內(nèi)含子的某些區(qū)域從前mRNA切除。

該團(tuán)隊選擇專注于標(biāo)記內(nèi)含子，因為它們是在轉(zhuǎn)錄過程中如此早期產(chǎn)生的，從而可以了解細(xì)胞在基因表達(dá)的精確時刻所做的事情。

使用新開發(fā)的內(nèi)含子seqFISH技術(shù)，每個內(nèi)含子都標(biāo)有獨特的熒光條形碼，可以用顯微鏡觀察?？吹絻?nèi)含子揭示了哪些基因目前在個體細(xì)胞中被打開，它們的表達(dá)強度以及它們的位置。10,421個內(nèi)含子 - 因此10,421個基因 - 可以一次成像。

以前開發(fā)條形碼技術(shù)的工作主要集中在標(biāo)記mRNA本身，提供基因表達(dá)隨著mRNA發(fā)展而在幾個小時內(nèi)發(fā)生變化的測量。通過觀察內(nèi)含子，研究人員首次研究了所謂的新生轉(zhuǎn)錄組 - 新合成的基因表達(dá)。這導(dǎo)致他們發(fā)現(xiàn)基因的轉(zhuǎn)錄在許多基因上全球振蕩，Cai稱之為“驚人的短”時間尺度 - 僅約兩小時 - 與細(xì)胞分裂和復(fù)制自身所需的時間相比，這需要12到24小時。這意味著在兩個小時的過程中，細(xì)胞內(nèi)的許多基因會爆發(fā)和斷裂。

以前沒有觀察到振蕩現(xiàn)象的原因有幾個。首先，因為這些兩小時的振蕩在不同的小區(qū)之間不同步，所以通過需要許多小區(qū)的方法來平均波動。其次，seqFISH方法的高精度使研究人員能夠確定他們觀察到的是真實的生物波動，而不是技術(shù)噪聲。最后，當(dāng)測量mRNA而不是內(nèi)含子時，這兩個小時的振蕩是模糊的，因為mRNA分子在哺乳動物細(xì)胞中具有更長的壽命，3到4小時。

此外，由于內(nèi)含子位于基因物理位置的位置，熒光成像內(nèi)含子使研究人員能夠可視化基因位于染色體內(nèi)的位置，即DNA在細(xì)胞核內(nèi)折疊的大結(jié)構(gòu)。在這項工作中，該團(tuán)隊驚訝地發(fā)現(xiàn)，大多數(shù)活躍的蛋白質(zhì)編碼基因位于染色體表面，而不是埋藏在其內(nèi)部。

“這種技術(shù)可以應(yīng)用于任何組織，”Cai說，他是人類細(xì)胞圖譜的合作者，該項目旨在定義人體中的所有細(xì)胞類型。“除了讓我們了解相同細(xì)胞中的染色體結(jié)構(gòu)外，內(nèi)含子seqFISH還可以幫助鑒定細(xì)胞類型以及細(xì)胞將要做什么。”

該論文的標(biāo)題是“通過內(nèi)含子seqFISH在單細(xì)胞中新生轉(zhuǎn)錄組的動力學(xué)和空間基因組學(xué)”。

鄭重聲明：本文版權(quán)歸原作者所有，轉(zhuǎn)載文章僅為傳播更多信息之目的，如有侵權(quán)行為，請第一時間聯(lián)系我們修改或刪除，多謝。

推薦內(nèi)容