新技術(shù)！實現(xiàn)單細(xì)胞水平的空間蛋白質(zhì)組分析

瑞典Pixelgen Technologies公司和卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院的研究人員合作開發(fā)出一種技術(shù)，這種技術(shù)能夠以全新的方式繪制單個細(xì)胞中的蛋白質(zhì)圖譜。現(xiàn)在，人們不僅能測定蛋白質(zhì)的數(shù)量，還能測定它們在細(xì)胞膜中的分布以及它們之間的相互作用。

這篇題為“Molecular pixelation: spatial proteomics of single cells by sequencing”的論文于2024年5月8日發(fā)表在《Nature Methods》雜志上。

細(xì)胞表面蛋白的空間分布控制著免疫系統(tǒng)的重要過程，如細(xì)胞間通訊和移動。蛋白空間排布的研究通常會采用熒光顯微鏡或成像流式細(xì)胞術(shù)。這些方法在多重分析和通量方面存在限制，信噪比也會受到自發(fā)熒光和串色效應(yīng)影響。

為此，瑞典的科學(xué)家們開發(fā)出一種名為分子像素化（Molecular Pixelation，簡稱MPX）的新技術(shù)。這是一種無需光學(xué)設(shè)備的方法，利用抗體-寡核苷酸偶聯(lián)物（AOC）和基于DNA的分子像素與固定細(xì)胞中的蛋白質(zhì)靶點結(jié)合，以高度多重的方式檢測細(xì)胞表面蛋白的排布。

這種分析在標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)管中進(jìn)行，無需制備單細(xì)胞懸液。通過加入**分子標(biāo)識符（UMI），將空間上靠近的AOC依次關(guān)聯(lián)到局部鄰域，從而實現(xiàn)蛋白質(zhì)排布的空間分析。之后對生成的擴增子進(jìn)行測序，并根據(jù)單細(xì)胞的數(shù)據(jù)圖形來推斷蛋白質(zhì)的空間關(guān)系。

研究人員利用靶向免疫細(xì)胞表面蛋白的76種AOC和4種對照AOC，證實了分子像素化方法可根據(jù)外周血單核細(xì)胞的蛋白質(zhì)豐度來生成單細(xì)胞數(shù)據(jù)。UMAP圖像中的細(xì)胞聚類對應(yīng)于PBMC中的主要細(xì)胞群體，且各個靶點（如CD19、CD4等）的豐度符合預(yù)期的模式。

作者之一、卡羅林斯卡醫(yī)學(xué)院的Petter Brodin教授表示：“通過了解蛋白質(zhì)在單個細(xì)胞中的行為，我們可以更好地研究癌癥和炎癥性疾病。此外，我們還可以利用這種技術(shù)來評估新藥及其對蛋白質(zhì)在細(xì)胞中分布的影響。”

研究人員認(rèn)為，這種方法為單細(xì)胞水平的蛋白質(zhì)組學(xué)研究提供了空間維度。它有望為細(xì)胞運動、細(xì)胞活化、藥物作用模式、藥物靶點發(fā)現(xiàn)等研究提供新的見解。

此外，分析生成的圖形數(shù)據(jù)特別適合神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)和機器學(xué)習(xí)。目前，實驗室操作需要2天時間，且每個細(xì)胞需要12萬條讀數(shù)，以確保生成可靠的空間圖譜。他們預(yù)計通量會隨著測序能力的提高而擴展。

Petter Brodin表示，下一步他們打算用分子像素化技術(shù)來研究癌癥、免疫系統(tǒng)以及蛋白質(zhì)分布會隨著時間變化的其他過程。

“這真是令人興奮，因為它將為單細(xì)胞分析開辟全新的可能性，有助于我們了解生物學(xué)過程，”他說。

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