条形码技术开辟了研究单个细胞内

所有的细胞在一个特定的组织样本并不一定也可以相差很大的遗传内容,组成,和功能。然而许多研究和分析技术,旨在理解生物系统的工作原理在细胞水平上对所有的细胞在相同的组织样本,平均测量在整个细胞的人口。很容易理解为什么会这样。细胞的细胞器的复杂矩阵,信号的化学物质,和遗传物质的迷你scale-zooming区分每个细胞内正在发生的事情并不是件轻松的事情。

“但能够做单细胞分析理解很多生物系统至关重要,“长蔡说,加州理工学院的化学助理教授。“这是真正的大脑,在生物膜,在胚胎。你的名字。”

现在Cai的实验室开发了一种方法,同时在单个细胞成像和识别几十个分子。这种技术可以提供新的见解如何组织和细胞相互作用,最终可以提高我们对许多疾病的理解。

Cai和他的同事们开发的成像技术允许研究人员不仅要解决大量的分子(如物种信使核糖核酸(mrna)之内一个单一细胞,还系统地与自己独特的荧光标签每种类型的分子“条形码”所以它可以很容易地确定和测量在不损害细胞。

“使用这种技术,本质上是没有限制有多少不同类型的分子可以检测单个细胞内,“蔡解释道。

新方法使用一个创新序列条形码计划需要荧光原位杂交(FISH),一个著名的过程检测特定序列的DNA或RNA样本,到下一个水平。Cai和他的同事们称他们的技术鱼(鱼的鳞片状)顺序编码分析。

鱼利用DNA分子probes-short碎片绑定到荧光染料,荧光团。这些探针结合,或杂交,与互补的DNA或RNA序列。当一个杂化的样本与显微镜成像,荧光团的灯光,确定目标分子的位置。

有一些可以用于这些探针的荧光团,和研究人员通常只使用它们来确定几个不同的基因。例如,他们将使用一个红色染料标签的所有探测目标特定类型的mRNA。和图像样本时,他们将看到一群细胞中的红点。然后他们将另一组探测目标不同类型的信使rna,标签用蓝色荧光团,看到发光的蓝色斑点。等等。

但如果研究员想要图片更多类型的分子比荧光团吗?过去,他们试图把染料混合在一起,使这两个红色和蓝色探测特定基因,所以当两个探针结合基因,结果点紫色。这是一个不完美的解决方案,仍然可以只有标签约30种不同的分子。

Cai的团队意识到,同样的一些荧光体可用于顺序轮杂交创造成千上万的独特的荧光条码,可以清楚地识别许多类型的分子在正确的(见图表)。

“与我们的技术,每一个标记分子仍然只是一个颜色在每一轮,但我们通过多轮建立一个条形码,所以颜色区分。使用额外的颜色和额外的轮杂交,可以轻松地扩展识别成千上万不同的分子,“蔡说。

可用条形码的数量可能是巨大的:FN, F是荧光团的数量和N是轮杂交的数量。4染料和8轮杂交,科学家会足够多的条形码(48 = 65536)涵盖所有大约20000 RNA分子的细胞。

蔡说,鱼的鳞片状可以用来确定分子身份的各种类型的细胞,包括胚胎干细胞。”一个子集的基因将会打开一个类型的细胞,另一方面,”他解释说。它还可以提供洞察疾病改变细胞的方式,让研究人员比较大量的表达差异基因在正常组织和病变组织。

Cai最近由麦克奈特捐赠基金资助适应神经科学技术来确定不同类型的神经元在海马体的样本,大脑的一部分与记忆和学习。

蔡还通过加州贝克曼研究所领导一个项目,帮助其他研究人员在校园应用成像方法多样的生物学问题。

Cai和他的团队描述技术在一篇题为“单细胞原位RNA序列杂交分析。”Caltech graduate student Eric Lubeck and postdoctoral scholar Ahmet Coskun are lead authors on the paper. Additional coauthors include Timur Zhiyentayev, a former Caltech graduate student, and Mubhij Ahmad, a former research technician in the Cai lab. The work has been funded by the National Institutes of Health's Single Cell Analysis Program.