活細胞代謝成像新方法
通過基因工程技術(shù)使得細胞表達一種經(jīng)修飾（改造）過的RNA，又稱Spinach，研究人員能對活細胞中的小分子代謝物進行成像，并觀察它們隨時間變化是如何改變的。每個細胞新陳代謝都會產(chǎn)生代謝產(chǎn)物。假如能得知產(chǎn)物生成效率的話，就能辨識如癌癥狀態(tài)下細胞代謝的異常或確定藥物能否將細胞的代謝狀況恢復到正常狀態(tài)。
康奈爾大學威爾醫(yī)學院的研究人員說發(fā)表在3月9日的《科學》雜志上的相關(guān)論文詳細描述了這種*的技術(shù)方法，這一技術(shù)將有可能*顛覆以往對代謝組學的認識，提供數(shù)千種細胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的動態(tài)變化的化學指紋圖譜。
活細胞代謝成像新方法
威爾康乃爾醫(yī)學院藥理學副教授Samie R. Jaffrey博士說：“動態(tài)觀察到代謝產(chǎn)物的變化將為我們提供新的和強大的武器，方便我們了解代謝在疾病狀態(tài)下是如何改變的，并幫助我們找到可以將它們恢復到正常水平的方法”。Jaffrey博士領(lǐng)導威爾康乃爾的其他三名研究人員共同完成了這項研究。
他說：“細胞的代謝水平調(diào)控著細胞諸多功能，也正因為如此，代謝水平的變化可以是細胞內(nèi)在特定的時間內(nèi)發(fā)生什么變化的寫照”。
例如生物學家都知道，腫瘤細胞存在代謝異常，這些細胞對葡萄糖能源的利用存在異常并產(chǎn)生*的代謝產(chǎn)物如乳酸，從而有不一樣的新陳代謝過程。Jaffrey博士說：“能夠看到這些代謝異常的話，就可以了解癌癥的發(fā)生發(fā)展。但是到現(xiàn)在為止，測量活細胞中代謝產(chǎn)物一直非常困難。
Jaffrey博士和他的團隊展開的科學研究表明：可以用特定的RNA序列來檢測細胞中代謝產(chǎn)物的水平。這些RNAs是基于能在細胞發(fā)出綠色光的Spinach RNA設計的。Jaffrey博士研究小組修改Spinach的RNAs，使得它們一旦遇到它們專屬綁定的代謝物時就關(guān)閉，造成Spinach熒光開啟。他們設計出了RNA序列以追蹤細胞中五個不同代謝產(chǎn)物包括二磷酸腺苷、細胞能量分子ATP和參與調(diào)節(jié)基因活性的甲基化過程的SAM（S-腺苷蛋氨酸）水平的變化。他說：“在此之前，一直沒有人能夠?qū)崟r觀察到細胞中代謝產(chǎn)物水平是如何變化的”。
Jaffrey博士說：“在活細胞中運用RNA傳感器，研究人員能夠測量單個細胞中的目標代謝產(chǎn)物水平隨著時間的變化而發(fā)生的改變，你可以看到這些代謝物如何響應信號刺激或遺傳變化進而發(fā)生動態(tài)變化的。你可以篩選出能使得這些基因異常發(fā)生正常化的藥物，我們的一個主要目標是確定藥物是否能使細胞的新陳代謝正常化。
新技術(shù)克服了現(xiàn)行的用綠色熒光蛋白（GFP）標記活細胞以充當傳感器的缺點。如果將綠色熒光蛋白和其他發(fā)光蛋白質(zhì)融合到能結(jié)合某種代謝物產(chǎn)物的自然存在的蛋白質(zhì)中的話，綠色熒光蛋白和其他發(fā)光蛋白質(zhì)就可以用來充當代謝感應器。但在某些情況下，代謝產(chǎn)物與自然存在的蛋白質(zhì)結(jié)合方式會扭轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，進而影響已經(jīng)融入到這些蛋白質(zhì)中的熒光蛋白。另外，對于大多數(shù)的代謝產(chǎn)物，并沒有可用來融合綠色熒光蛋白以制造傳感器的蛋白質(zhì)。
通過使用RNA作為代謝物傳感器，這個問題引刃而解了。Jaffrey博士說：“關(guān)于RNA令人驚奇的是，你可以得到基本上你想要結(jié)合任何一種小分子代謝物的RNA序列。他們可以在幾個星期就能生產(chǎn)出來”。然后，這些人造序列融合到Spinach中，并在細胞中以單鏈RNA的形式表達。
Jaffrey博士說：“這種做法能讓你得到任何你想研究的小分子代謝物，以及這些小分子代謝物在細胞內(nèi)的情況”，他和他的同事們將這一技術(shù)的運用范圍擴大到能檢測活細胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和其他分子。
他補充說道：該技術(shù)可應用于多種疾病研究中。Jaffrey博士說：“我們非常有興趣研究導致發(fā)育障礙如自閉癥的大腦神經(jīng)細胞內(nèi)的代謝如何是變化的，有很多的機會能讓這一新的工具發(fā)揮用處”。
這篇研究論文的合著者包括威爾康乃爾醫(yī)學院藥理系Jeremy S. Paige博士、Thinh Nguyen Duc博士、Wenjiao Song博士。
這項研究由美國國立衛(wèi)生研究院的生物醫(yī)學成像和生物研究所以及McKnight基金會資助。康奈爾科技企業(yè)和商業(yè)中心（CCTEC）已經(jīng)代表康奈爾大學提出了這項技術(shù)的保護申請。Samie Jaffrey博士是Lucerna技術(shù)的創(chuàng)始人和科學顧問，并持有該公司股權(quán)。此外，Lucerna技術(shù)擁有上述描述技術(shù)的相關(guān)許可證。活細胞代謝成像新方法
