HORIBA科學(xué)儀器事業(yè)部

南京大學(xué)團隊實現(xiàn)單個活細胞內(nèi)低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的分析 | 前沿用戶報道

時間:2022-2-21 閱讀:586
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供稿:溫艷蓉    

成果簡介    

2021年6月,南京大學(xué)劉震教授團隊Nature子刊Nature Protocols上發(fā)表了題為 “Probing low-copy-number proteins in single living cells using single-cell plasmonic immunosandwich assays"的論文,創(chuàng)新性地發(fā)展了單細胞等離激元免疫夾心法,成功實現(xiàn)了單個活細胞及活體動物內(nèi)多種低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的分析。


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背景介紹            

細胞是生物體結(jié)構(gòu)和生命活動的基本單位,基于細胞的研究是生命科學(xué)的基礎(chǔ)。其中,基于單細胞分析的生命科學(xué)研究能夠從更深的層次上揭示生命活動的本質(zhì)和規(guī)律,為探究重大疾病的起因、發(fā)展和治療提供更可靠的科學(xué)依據(jù)。
蛋白質(zhì)是生物學(xué)功能的直接執(zhí)行分子,在單個細胞內(nèi)分子數(shù)目少于1000個拷貝數(shù)的蛋白質(zhì)被稱為低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)。雖然低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的豐度極低,但它們在多種重要的生物學(xué)過程中起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。縱觀整個單細胞分析技術(shù)領(lǐng)域,蛋白質(zhì)的分析手段遠遠滯后于基因組和轉(zhuǎn)錄組的分析方法,其最根本的原因是蛋白質(zhì)的研究缺少類似于PCR的擴增工具,導(dǎo)致很多低豐度的蛋白質(zhì)十分難以檢測。因此,發(fā)展適用于單細胞內(nèi)低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的檢測技術(shù)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價值。
劉震教授團隊將免疫識別與等離激元拉曼檢測技術(shù)相結(jié)合,創(chuàng)新性地發(fā)展了一種等離激元免疫夾心法(Plasmonic immunosandwich assays, PISA),成功實現(xiàn)了單個活細胞及活體動物內(nèi)多種低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的分析(Angewandte Chemie International Edition, 2016, 55, 13215)。此后,該方法還擴展到單個活細胞中的microRNA的分析(Chemical Science, 2018, 9, 7241)以及基于生理樣品中的蛋白質(zhì)和microRNA標(biāo)志物的疾病診斷分析(Analytical Chemistry, 2016, 88, 12363;Analytical Chemistry, 2019, 2019, 91, 4831;Analytical Chemistry, 2019, 91, 9993;Biosensors and Bioelectronics, 2019, 145, 111729)。同時,該技術(shù)還被成功應(yīng)用于單細胞信號通路研究和抗癌藥物活性評價(Analytical Chemistry, 2020, 92, 12498)等應(yīng)用。


圖文導(dǎo)讀            

單細胞等離激元免疫夾心法(scPISA)的工作流程示意圖如圖1所示。包括三個主要步驟:細胞內(nèi)萃取、標(biāo)記檢測

1.將固定有親和配基的金基微萃取探針在顯微操作系統(tǒng)的控制下,準(zhǔn)確地插入單個活細胞內(nèi)特定部位進行目標(biāo)蛋白的富集。

2.萃取一定的時間后將微萃取探針從細胞內(nèi)拔出,經(jīng)過適當(dāng)?shù)那逑床襟E降低微萃取探針表面的非特異性吸附,再用親和配基功能化的銀基納米拉曼標(biāo)簽對富集到的目標(biāo)蛋白質(zhì)進行標(biāo)記,從而在微萃取探針表面形成類似三明治夾心結(jié)構(gòu)的微萃取探針-目標(biāo)蛋白質(zhì)-納米拉曼標(biāo)簽免疫復(fù)合物。

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圖1. 單細胞等離激元免疫夾心法的工作示意圖


3.將共聚焦拉曼光譜儀和細胞顯微操作平臺耦合(圖2 c),使用拉曼光譜儀的DuoScan功能對懸掛在細胞顯微操作臂上的微探針進行分析(圖2 d),從拉曼的強度信息中得出細胞內(nèi)低拷貝數(shù)蛋白的豐度,細胞內(nèi)分布等信息(圖2 f)。HORIBA共聚焦拉曼光譜儀的DuoScan功能可以對微萃取探針的各個區(qū)域進行原位分析,所得到的信號強度變化反應(yīng)細胞內(nèi)蛋白的相應(yīng)變化,能夠?qū)崿F(xiàn)“所見即所得"。當(dāng)激光照射在該免疫復(fù)合物的表面,金基微萃取探針和銀基納米拉曼標(biāo)簽之間納米級間隙內(nèi)由于等離激元耦合作用產(chǎn)生“熱點",顯著地增強納米標(biāo)簽的表面增強拉曼散射(SERS)信號,靈敏度達單分子水平,從而能夠?qū)崿F(xiàn)低拷貝數(shù)生物分子的檢測。


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圖2. 拉曼光譜采集與分析


HORIBA XploRA INV多功能拉曼成像光譜儀集成研究級倒置顯微鏡,專為生命科學(xué)研究而設(shè)計。不僅具備通常的拉曼光譜測量功能,而且可以實現(xiàn)超快速拉曼光譜成像、熒光成像、超快速PL光譜成像等。


HORIBA Scientific 創(chuàng)新的DuoScan™技術(shù),將拉曼儀器的成像能力從亞微米級擴展到宏觀尺度,從深紫外到紅外,掃描共焦圖像變得更快、更容易、更靈活。

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HORIBA XploRA INV多功能拉曼成像光譜儀


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如果您對上述產(chǎn)品感興趣,歡迎掃描二維碼留言,我們的工程師將會及時為您答疑解惑。


文獻信息                

Probing low-copy-number proteins in single living cells using single-cell plasmonic immunosandwich assays


文章署名作者:

Jia Liu, Hui He, Dan Xie, Yanrong Wen, Zhen Liu


劉震教授簡介

南京大學(xué)特聘教授,博士生導(dǎo)師,國家杰出青年基金獲得者。英國皇家化學(xué)會會士、中國化學(xué)會高級會員、美國化學(xué)會會員,兼任國際分子印跡學(xué)會理事會理事、中國質(zhì)譜學(xué)會常務(wù)理事、中國化學(xué)會質(zhì)譜專業(yè)委員會委員、中國生物化學(xué)與分子生物學(xué)會蛋白質(zhì)組學(xué)專業(yè)委員會委員、《Analytica Methods》副主編、《Electrophoresis》、《Separation Science Plus》等雜志編委。主要從事分子識別、親和分離、疾病診斷、單細胞分析和癌癥納米治療等研究,主持國家重大科研儀器項目和基金委重點項目等國家級科研項目10余項,已在Chemical Society Review,Accounts of Chemical Research,Angewandte Chemie International Edition,Nature Protocols,Chemical Science等期刊上發(fā)表論文150余篇,目前h因子49(谷歌學(xué)術(shù)),主編及合著著作2部,出版專章7章,獲授權(quán)專利15項。


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