為了更好地了解組織和器官如何發(fā)育，疾病如何發(fā)生的，一些科學(xué)家們計(jì)劃繪制細(xì)胞的三維空間分子譜，比如“人類(lèi)生物分子圖譜計(jì)劃”，“人類(lèi)細(xì)胞圖譜項(xiàng)目”以及一些腦圖譜項(xiàng)目等等。然而，現(xiàn)有的成像方法在其性能的各個(gè)方面受限，無(wú)法給科學(xué)家們帶來(lái)便捷。

近期，來(lái)自哈佛大學(xué)Wyss生物工程研究所和哈佛醫(yī)學(xué)院（HMS）的研究人員報(bào)道了一種新型的技術(shù)：Immuno-SABER （Immunostaining with Signal Amplification By Exchange Reaction）填補(bǔ)了這一空白，這種方法將常用抗體的蛋白質(zhì)靶向特異性與基于DNA的信號(hào)放大策略相結(jié)合，能夠在同一樣品中對(duì)多種蛋白質(zhì)進(jìn)行高度多重可視化，讓每個(gè)靶位點(diǎn)產(chǎn)生預(yù)編程和可調(diào)節(jié)的熒光信號(hào)。這一研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)在許多細(xì)胞和組織制劑中驗(yàn)證了他們的方法。

這一研究成果公布在Nature Biotechnology雜志上，由哈佛大學(xué)華人學(xué)者尹鵬（Peng Yin）領(lǐng)導(dǎo)完成。

尹鵬表示，“我們證明Immuno-SABER能夠在5到180倍范圍內(nèi)獨(dú)立調(diào)節(jié)單個(gè)蛋白質(zhì)靶標(biāo)的信號(hào)強(qiáng)度，而且這項(xiàng)技術(shù)具有多重功能，可同時(shí)檢測(cè)多種蛋白質(zhì)。并且具有速度快，使用相對(duì)簡(jiǎn)單，成本低等優(yōu)點(diǎn)。未來(lái)這項(xiàng)技術(shù)有可能在許多組織和疾病中快速推進(jìn)正在進(jìn)行的大規(guī)模蛋白質(zhì)作圖研究和生物標(biāo)志物尋找項(xiàng)目中發(fā)揮作用?！?/p>

尹鵬團(tuán)隊(duì)最近由于在利用DNA納米技術(shù)驅(qū)動(dòng)的條形碼和信號(hào)放大技術(shù)方面的進(jìn)展，被入選了人類(lèi)生物分子圖譜計(jì)劃（HuBMAP）的和人類(lèi)細(xì)胞圖譜項(xiàng)目的獲獎(jiǎng)?wù)摺?/p>

在研究和臨床中，抗體是蛋白質(zhì)最常用的檢測(cè)試劑，通常研究人員用熒光染色標(biāo)記它們，通過(guò)顯微鏡進(jìn)行檢測(cè)。然而，常規(guī)抗體染色方法通常僅允許同時(shí)使用最多五種不同的染色，并且靶蛋白的豐度可能存在顯著不同，因此難以從許多組織顯示的背景熒光中區(qū)分具有高靈敏度的稀有蛋白質(zhì)靶標(biāo)。

Immuno-SABER利用尹鵬研究組之前報(bào)道的“PER”方法，利用催化DNA發(fā)夾結(jié)構(gòu)合成短DNA引物序列的長(zhǎng)連接子。PER產(chǎn)生的多聯(lián)體通過(guò)短柄序列連接到抗體上的DNA條形碼，這樣抗體與固定細(xì)胞和組織樣品中的靶蛋白高特異性結(jié)合。在靶標(biāo)位點(diǎn)的SABER多聯(lián)體為支架提供了用于互補(bǔ)熒光寡核苷酸（“成像劑”）的多個(gè)結(jié)合位點(diǎn)，因此可以從每個(gè)蛋白質(zhì)靶標(biāo)發(fā)出的信號(hào)擴(kuò)增。

“通過(guò)對(duì)具有獨(dú)特短DNA序列的抗體進(jìn)行條形碼編碼，并應(yīng)用Immuno-SABER，我們可以同時(shí)對(duì)同一樣品中的多個(gè)蛋白質(zhì)靶標(biāo)進(jìn)行高特異性的可視化。這基本上可以說(shuō)是開(kāi)辟了一種分析健康和多重組織中存在的蛋白質(zhì)變種的方法，”文章的另外一位作者Sinem Saka博士說(shuō)。

該團(tuán)隊(duì)通過(guò)與之前開(kāi)發(fā)的“DNA-Exchange”技術(shù)相結(jié)合，顯著提高了Immuno-SABER方法的多重潛力。在DNA交換中，標(biāo)記一組靶蛋白的成像器被洗掉并被標(biāo)記不同靶蛋白組的另一組成像器替換，并且這可以重復(fù)多次。

Immuno-SABER的另一個(gè)關(guān)鍵優(yōu)勢(shì)在于可以調(diào)節(jié)信號(hào)強(qiáng)度。這主要通過(guò)從PER生成的多聯(lián)體組裝更復(fù)雜的分支結(jié)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)，這個(gè)多聯(lián)體包含更多數(shù)量的熒光成像劑結(jié)合位點(diǎn)?！皩?duì)基于PER的多聯(lián)體結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性進(jìn)行編程，使我們能夠?qū)⑿盘?hào)強(qiáng)度調(diào)整為特定蛋白質(zhì)的豐度。我們可以同時(shí)使用分支SABER產(chǎn)品可視化稀有蛋白質(zhì)，從而實(shí)現(xiàn)更高的信號(hào)放大，以及具有線性SABRE的豐富蛋白質(zhì)”。他們將線性和分支SABER多聯(lián)體組合在一起，例如，同時(shí)可視化人類(lèi)扁桃體樣品中具有不同豐度和細(xì)胞位置的六種蛋白質(zhì)靶標(biāo)。

尹鵬團(tuán)隊(duì)現(xiàn)有的DNA納米技術(shù)成像技術(shù)，比如DNA-PAINT和離散分子成像技術(shù)，已經(jīng)推動(dòng)了超分辨率顯微鏡領(lǐng)域的發(fā)展，使研究人員能夠在正常位置研究單個(gè)分子。

為了在更復(fù)雜的組織環(huán)境中實(shí)現(xiàn)類(lèi)似的高分辨率蛋白質(zhì)，團(tuán)隊(duì)將Immuno-SABER與稱(chēng)為“擴(kuò)展顯微鏡”的方法相結(jié)合，該方法由合著者Edward Boyden博士開(kāi)發(fā)，這種方法將固定組織人工膨脹至較大體積，這增加了單個(gè)分子之間的分離距離，從而提高了它們的有效分辨率，而無(wú)需專(zhuān)門(mén)的儀器。 “將擴(kuò)展顯微鏡與Exchange-SABRE相結(jié)合，同時(shí)為我們提供了高度多路復(fù)用，更有效地為人體建立分子地圖集”。

“尹鵬的團(tuán)隊(duì)再次展示了他們?nèi)绾卫镁幊坦こ藾NA分子來(lái)執(zhí)行像分子機(jī)器人這樣的特定任務(wù)，這樣我們就可以同時(shí)以高分辨率可視化人體細(xì)胞和組織中眾多蛋白質(zhì)的位置，這將極大地加速發(fā)現(xiàn)生物控制的分子機(jī)制，以及新的疾病生物標(biāo)志物，“Wyss研究所創(chuàng)始主任Donald Ingber教授評(píng)價(jià)道。

來(lái)源：生物通