新的DNA纳米技术提高DNA和RNA分析

研究人员一直在使用“荧光原位杂交”(鱼)分析几十年来字面上鱼的特定DNA和RNA序列完整的细胞和组织内的广阔海域核酸分子。因为光特定序列的能力在显微镜下在他们居住的确切位置,鱼被染色体异常诊断的首选方法,调查的3 d基因组的组织细胞的细胞核,分析基因表达的直接产品称为信使rna和更多。

然而,它仍然是具有挑战性的序列与罕见的鱼,特别是厚组织排放未指明的背景荧光,并同时检测多目标多路复用分析。几种方法已经开发出来,可以放大信号较弱的鱼但这些无法轻易定制,同时无法想象大量DNA或RNA的目标分子,他们是昂贵和难以使用。

合作研究团队从哈佛大学生物工程研究所和哈佛医学院(HMS)已经开发出“交换反应信号放大”(剑),一个高度可编程和实用方法,显著提高了灵敏度以及定制和多路复用功能的鱼分析。团队展示了剑鱼放大信号在不同的RNA和DNA目标不同层的老鼠视网膜,和想象17个不同的目标区域在人类同时X染色体。此外,他们用军刀作为一个有效的工具来识别基因元素控制特定基因的转录表达特定类型的视网膜神经元。他们的研究发表在自然方法。

“SABER-amplified鱼分析及其敏感性,多路复用潜力,实用性和成本效率,我们创建了一个关键克服现有方法的局限性,为研究人员提供一个更强大的处理在一个广泛的分析,从基础研究、生物标志物的发现和治疗学的发展,“Wyss说核心教员彭殷博士与这项研究和Constance Cepko博士,遗传学和神经科学的教授布拉德HMS Blavatnik学院,和布莱恩·贝力弗前达蒙·鲁尼恩博士,博士后在阴的小组现在华盛顿大学的助理教授的基因组科学在西雅图。

阴也是研究的共同Wyss研究所的分子机器人,和哈佛医学院的系统生物学教授;和Cepko也是霍华德·休斯医学研究所的研究员,哈佛干细胞研究所的一员。

在军刀,研究者首先设定“引物交换反应”(每)方法之前报道的阴组合成长串联体相同的短序列的帮助下催化自折叠式DNA发夹结构。这种改造的机制与天然酶机制,分享相似扩展“端粒”与相同的染色体末端的DNA重复保护他们免受降解,但可以在试管中执行。

PER-generated串联体然后通过短互补杂化处理序列目标DNA或RNA序列在固定细胞和组织提供一个支架与多个结合位点简称荧光寡核苷酸(影像)补充道。“与传统鱼分析,军刀不仅让我们结合但许多单一核酸荧光染料分子的目标,它可以大大提高信号的力量来自它的位置在细胞内部,我们可以进一步扩大额外的杂交步骤中创建分支结构,使用额外的串联体从已经存在的内部分支点串联体,“说乔斯林岸,博士co-first作者研究和博士后工作与阴了军刀贝。“这将打开一个财富的新的机会。”

“剑使我们能够调整信号强度的丰度和本地化特定RNA和DNA分析目标鱼,,因为串联体可以合成多个目标提前散装,军刀为我们提供了标准化的探针集可以很容易地生成和重用在不同的研究中,“贝力弗说。”此外,通过反复洗涤成像系统互补的一组目标样本,用它们代替成像系统,结合在一个过程我们称之为DNA-Exchange其他目标,我们能够进一步的多路复用的方法。”

分辨荧光染料的光谱特性允许研究人员只分析了四个目标同时用传统荧光显微镜。DNA-Exchange,一系列的成像系统可以被淘汰的一个示例,取而代之的是另一个绑定PER-generated串联体在不同目标网站,这个过程可以重复很多次了。使用的多路复用潜力Exchange-SABER,团队可视化17个不同地区的人类X染色体一举使用相同类型的显微镜设备。

将军刀应用于厚组织,康斯坦斯Cepko HMS的小组展示的性能和实用方法在视网膜上,这是组织成层次高的神经细胞类型的多样性。“我们以前应用单细胞测序的视网膜组织,但却无法同时使用生成的标记来识别许多细胞类型在完整的组织,“co-first作者Sylvain拉潘说,博士,博士后在Cepko的小组。“通过提供多路检测标记记录,军刀是允许我们关闭这个循环,并添加一个空间维度分析。”

他们的分析是一个关键方法研究开发co-first作家艾玛西,基于细胞表面荧光染色,可以计算映射所有视网膜细胞包含在一个截面到特定的位置。这使团队分配个人SABER-enhanced鱼获得的信号分析,精确的3 d空间被细胞。“通过建模细胞坐标和记录位置,我们可以创建一个数字表示的定量在单细胞水平的组织。这不仅是用于识别细胞类型,而且对表型分析和介绍了基因的活动元素,“co-first作家艾玛西说,他是一个研究生在Cepko的小组。

此外,该小组使用SABER-FISH作为一种有效的工具来识别基因元素称为驱动基因表达增强剂在特定的视网膜细胞类型。“我们重组DNA结构引入这些元素的视网膜被分别耦合到记者,和执行SABER-FISH分析量化结构在单一细胞的复制数据,以及记者的表达,我们可以关联一个特定活动增强剂与细胞特定类型的表情,“拉潘说。

灵敏度和更简单、更便宜的工作流SABER-FISH允许我们从实验中我们收集更多信息操纵视网膜为了理解监管网络管理发展和评估我们的基因疗法的疗效方法眼疾,“Cepko说。”同样重要的是,这种方法有潜力提高研究在许多其他类型的组织和器官。”

这篇文章被转载材料所提供的哈佛大学生物工程研究所和哈佛医学院。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。

参考:岸等。2019。军刀放大鱼:增强复合成像RNA和DNA的细胞和组织。自然的方法。DOI: https://doi.org/10.1038/s41592 - 019 - 0404 - 0。