細(xì)胞含有數(shù)千個(gè)信使RNA分子，其攜帶DNA遺傳指令的拷貝到細(xì)胞的其余部分。麻省理工學(xué)院的工程師現(xiàn)在已經(jīng)開(kāi)發(fā)出一種方法，可以比以前在完整組織中更高的分辨率可視化這些分子，使研究人員能夠精確地繪制RNA在整個(gè)細(xì)胞中的位置。

新技術(shù)的關(guān)鍵是在成像前擴(kuò)張組織。通過(guò)使樣品在物理上更大，可以使用研究實(shí)驗(yàn)室中常見(jiàn)的普通顯微鏡以非常高的分辨率成像。“現(xiàn)在我們可以通過(guò)擴(kuò)展過(guò)程以極高的空間精度對(duì)RNA進(jìn)行成像，并且我們也可以在大的完整組織中更容易地做到這一點(diǎn)，”麻省理工學(xué)院生物工程和腦與認(rèn)知科學(xué)副教授Ed Boyden說(shuō)。麻省理工學(xué)院媒體實(shí)驗(yàn)室和麥戈文腦研究所的成員，以及2016年7月4日出版的“ 自然方法 ”一文中描述該技術(shù)的論文的高級(jí)作者。

研究細(xì)胞內(nèi)RNA的分布可以幫助科學(xué)家更多地了解細(xì)胞如何控制其基因表達(dá)，并且還可以讓他們研究被認(rèn)為是由于RNA移動(dòng)到正確位置而導(dǎo)致的疾病。

Boyden及其同事去年首次描述了基礎(chǔ)技術(shù)，稱為擴(kuò)展顯微鏡(ExM)，當(dāng)時(shí)他們用它來(lái)對(duì)大腦組織樣本中的蛋白質(zhì)進(jìn)行成像。在7月4 日出現(xiàn)在Nature Biotechnology上的一篇論文中，麻省理工學(xué)院的團(tuán)隊(duì)現(xiàn)在推出了一種新技術(shù)，該技術(shù)采用了現(xiàn)成的化學(xué)品，使研究人員更容易使用。

麻省理工學(xué)院的研究生Fei Chen和Asmamaw Wassie是Nature Methods論文的主要作者，Chen和研究生Paul Tillberg是Nature Biotechnology論文的主要作者。

一個(gè)更簡(jiǎn)單的過(guò)程

最初的膨脹顯微鏡技術(shù)基于將組織樣品嵌入聚合物中，當(dāng)加入水時(shí)該聚合物膨脹。這種組織擴(kuò)大使研究人員能夠獲得分辨率約為70納米的圖像，這在以前只能用非常專業(yè)和昂貴的顯微鏡才能實(shí)現(xiàn)。然而，該方法提出了一些挑戰(zhàn)，因?yàn)樗枰a(chǎn)生復(fù)雜的化學(xué)標(biāo)簽，該抗體由靶向特定蛋白質(zhì)的抗體組成，其與熒光染料和化學(xué)錨相連，所述化學(xué)錨將整個(gè)復(fù)合物附著到稱為聚丙烯酸酯的高吸收性聚合物上。一旦目標(biāo)被標(biāo)記，研究人員就會(huì)分解將組織樣本保持在一起的蛋白質(zhì)，使其在聚丙烯酸酯凝膠溶脹時(shí)均勻膨脹。

在他們的新研究中，為了消除對(duì)定制設(shè)計(jì)標(biāo)簽的需求，研究人員在消化前使用不同的分子將目標(biāo)固定在凝膠上。這種分子，研究人員稱之為AcX，已經(jīng)商業(yè)化，因此使這一過(guò)程更加簡(jiǎn)單。

可以修飾AcX以將蛋白質(zhì)或RNA錨定到凝膠上。在自然生物技術(shù)研究中，研究人員用它來(lái)錨定蛋白質(zhì)，他們還表明該技術(shù)可用于以前用熒光抗體或蛋白質(zhì)如綠色熒光蛋白(GFP)標(biāo)記的組織。“這可以讓你使用完全現(xiàn)成的部件，這意味著它可以很容易地集成到現(xiàn)有的工作流程中，”蒂爾伯格說(shuō)。“我們認(rèn)為，與原始ExM相比，人們使用該技術(shù)會(huì)顯著降低障礙。”

使用這種方法，使用光片熒光顯微鏡掃描500至200微米的組織片大約需要一個(gè)小時(shí)。研究人員表明，這種技術(shù)適用于許多類型的組織，包括腦，胰腺，肺和脾。

成像RNA

在“自然方法”論文中，研究人員使用了相同類型的錨定分子，但將其修改為靶向RNA。樣品中的所有RNA都錨定在凝膠上，因此它們?cè)谡麄€(gè)消化和擴(kuò)增過(guò)程中都保持在原始位置。

在組織擴(kuò)張后，研究人員使用稱為熒光原位雜交(FISH)的過(guò)程標(biāo)記特定的RNA分子，該過(guò)程最初是在20世紀(jì)80年代早期開(kāi)發(fā)的并且被廣泛使用。這使研究人員能夠在大型組織樣本中以三維高分辨率可視化特定RNA分子的位置。

這種增強(qiáng)的空間精確度可以讓科學(xué)家們探索有關(guān)RNA如何促進(jìn)細(xì)胞功能的許多問(wèn)題。例如，神經(jīng)科學(xué)中一個(gè)長(zhǎng)期存在的問(wèn)題是神經(jīng)元如何迅速改變其連接的強(qiáng)度以存儲(chǔ)新的記憶或技能。一種假設(shè)是編碼可塑性所必需的蛋白質(zhì)的RNA分子存儲(chǔ)在靠近突觸的細(xì)胞區(qū)室中，并在需要時(shí)準(zhǔn)備翻譯成蛋白質(zhì)。

使用新系統(tǒng)，應(yīng)該可以準(zhǔn)確確定哪些RNA分子位于突觸附近，等待翻譯。“人們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了數(shù)百種本地翻譯的RNA，但很難知道它們到底在哪里以及它們?cè)谧鍪裁矗?rdquo;陳說(shuō)。“這項(xiàng)技術(shù)對(duì)于研究這種技術(shù)很有用。”

博伊登的實(shí)驗(yàn)室也有興趣使用這項(xiàng)技術(shù)追蹤神經(jīng)元之間的聯(lián)系，并根據(jù)他們所表達(dá)的基因?qū)ι窠?jīng)元的不同亞型進(jìn)行分類。