HORIBA科學(xué)儀器事業(yè)部

南京大學(xué)團(tuán)隊(duì)實(shí)現(xiàn)單個(gè)活細(xì)胞內(nèi)低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的分析 | 前沿用戶(hù)報(bào)道

時(shí)間:2022-2-21 閱讀:520
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供稿:溫艷蓉    

成果簡(jiǎn)介    

2021年6月,南京大學(xué)劉震教授團(tuán)隊(duì)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(xì)胞等離激元免疫夾心法,成功實(shí)現(xiàn)了單個(gè)活細(xì)胞及活體動(dòng)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(xì)胞是生物體結(jié)構(gòu)和生命活動(dòng)的基本單位,基于細(xì)胞的研究是生命科學(xué)的基礎(chǔ)。其中,基于單細(xì)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(dòng)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(gè)細(xì)胞內(nèi)分子數(shù)目少于1000個(gè)拷貝數(shù)的蛋白質(zhì)被稱(chēng)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?cè)诙喾N重要的生物學(xué)過(guò)程中起著關(guān)鍵的調(diào)控作用??v觀(guān)整個(gè)單細(xì)胞分析技術(shù)領(lǐng)域,蛋白質(zhì)的分析手段遠(yuǎn)遠(yuǎn)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(lèi)似于PCR的擴(kuò)增工具,導(dǎo)致很多低豐度的蛋白質(zhì)十分難以檢測(cè)。因此,發(fā)展適用于單細(xì)胞內(nèi)低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的檢測(cè)技術(shù)具有重要的科學(xué)意義和應(yīng)用價(jià)值。
劉震教授團(tuán)隊(duì)將免疫識(shí)別與等離激元拉曼檢測(cè)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(shí)現(xiàn)了單個(gè)活細(xì)胞及活體動(dòng)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(kuò)展到單個(gè)活細(xì)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(shí),該技術(shù)還被成功應(yīng)用于單細(xì)胞信號(hào)通路研究和抗癌藥物活性評(píng)價(jià)(Analytical Chemistry, 2020, 92, 12498)等應(yīng)用。


圖文導(dǎo)讀            

單細(xì)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(gè)主要步驟:細(xì)胞內(nèi)萃取、標(biāo)記檢測(cè)

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(gè)活細(xì)胞內(nèi)特定部位進(jìn)行目標(biāo)蛋白的富集。

2.萃取一定的時(shí)間后將微萃取探針從細(xì)胞內(nèi)拔出,經(jīng)過(guò)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(duì)富集到的目標(biāo)蛋白質(zhì)進(jìn)行標(biāo)記,從而在微萃取探針表面形成類(lèi)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(xì)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(xì)胞顯微操作平臺(tái)耦合(圖2 c),使用拉曼光譜儀的DuoScan功能對(duì)懸掛在細(xì)胞顯微操作臂上的微探針進(jìn)行分析(圖2 d),從拉曼的強(qiáng)度信息中得出細(xì)胞內(nèi)低拷貝數(shù)蛋白的豐度,細(xì)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(duì)微萃取探針的各個(gè)區(qū)域進(jìn)行原位分析,所得到的信號(hào)強(qiáng)度變化反應(yīng)細(xì)胞內(nèi)蛋白的相應(yīng)變化,能夠?qū)崿F(xiàn)“所見(jiàn)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(jí)間隙內(nèi)由于等離激元耦合作用產(chǎn)生“熱點(diǎn)",顯著地增強(qiáng)納米標(biāo)簽的表面增強(qiáng)拉曼散射(SERS)信號(hào),靈敏度達(dá)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(cè)。


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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(jí)倒置顯微鏡,專(zhuān)為生命科學(xué)研究而設(shè)計(jì)。不僅具備通常的拉曼光譜測(cè)量功能,而且可以實(shí)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(jí)擴(kuò)展到宏觀(guān)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(duì)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(huì)及時(shí)為您答疑解惑。


文獻(xiàn)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(jiǎn)介

南京大學(xué)特聘教授,博士生導(dǎo)師,國(guó)家杰出青年基金獲得者。英國(guó)皇家化學(xué)會(huì)會(huì)士、中國(guó)化學(xué)會(huì)高級(jí)會(huì)員、美國(guó)化學(xué)會(huì)會(huì)員,兼任國(guó)際分子印跡學(xué)會(huì)理事會(huì)理事、中國(guó)質(zhì)譜學(xué)會(huì)常務(wù)理事、中國(guó)化學(xué)會(huì)質(zhì)譜專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員、中國(guó)生物化學(xué)與分子生物學(xué)會(huì)蛋白質(zhì)組學(xué)專(zhuān)業(yè)委員會(huì)委員、《Analytica Methods》副主編、《Electrophoresis》、《Separation Science Plus》等雜志編委。主要從事分子識(shí)別、親和分離、疾病診斷、單細(xì)胞分析和癌癥納米治療等研究,主持國(guó)家重大科研儀器項(xiàng)目和基金委重點(diǎn)項(xiàng)目等國(guó)家級(jí)科研項(xiàng)目10余項(xiàng),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(zhuān)章7章,獲授權(quán)專(zhuān)利15項(xiàng)。


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