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Science新技術(shù):革新活細(xì)胞代謝組學(xué)

日期:2012-03-12 08:43:24

來(lái)自美國(guó)康奈爾大學(xué)Weill醫(yī)學(xué)院的研究人員發(fā)表了題為“Fluorescence Imaging of Cellular Metabolites with RNA”的文章,通過(guò)一種修飾過(guò)的RNASpinach,對(duì)核小體中小分子代謝產(chǎn)物進(jìn)行了成像,從而能實(shí)時(shí)觀測(cè)這些代謝產(chǎn)物的變化。這項(xiàng)技術(shù)克服了常見(jiàn)GFP方法的缺點(diǎn),將有可能革新目前代謝組的研究面貌,相關(guān)成果公布在Science雜志上。

 

文章的通訊作者是Weill醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)副教授Samie R. Jaffrey,他表示,“了解代謝產(chǎn)物活動(dòng)情況將能幫助我們更新,更有效的分析這些產(chǎn)物在疾病中的變化情況,從而找到能恢復(fù)病患代謝的新治療方法。”

 

“細(xì)胞代謝物水平操控著許多細(xì)胞功能,正因此次,這些代謝物也是分析細(xì)胞在某一特定時(shí)間的活動(dòng)的強(qiáng)有力工具”。舉例來(lái)說(shuō),生物學(xué)家們已經(jīng)知道癌細(xì)胞中的代謝是不正常的,這些細(xì)胞能改變其葡萄糖的代謝,生成一些特殊降解產(chǎn)物,比如乳酸,產(chǎn)生不同的代謝譜。如果能了解這些代謝異常的機(jī)理,那么就能深入分析癌癥如何發(fā)生發(fā)展的。但是迄今為止,在活體中監(jiān)測(cè)代謝變化十分困難。

 

在這篇文章中,研究人員證明利用一種特殊的RNA序列,就能觀測(cè)到活細(xì)胞中代謝物的水平。這些RNAs就是“SpinachRNA,這種RNA-熒光基團(tuán)復(fù)合物可用于追蹤細(xì)胞內(nèi)各種RNA的功能動(dòng)態(tài),這提供了一個(gè)重要的研究工具,幫助了解RNA在生物學(xué)中的各種功能。

 

具體來(lái)說(shuō)這一復(fù)合物是利用RNA能夠折疊形成復(fù)雜三維形狀的特性,構(gòu)建了兩個(gè)新結(jié)構(gòu):其一能顯示特異形狀的合成RNA序列,另外一段與RNA結(jié)合后發(fā)射熒光的小分子。研究人員將這種RNA通過(guò)基因工程加入到細(xì)胞中,并使之在遇到特異性結(jié)合的代謝物的時(shí)候,才會(huì)打開(kāi),發(fā)出熒光信號(hào)。

 

在這項(xiàng)研究中,研究人員設(shè)計(jì)了5種代謝物的追蹤,包括ADPATP的產(chǎn)物,細(xì)胞的能量分子),SAMS-腺苷甲硫氨酸,S-Adenosyl methionine,參與基因活性調(diào)控甲基化中)等。Jaffrey說(shuō),“在此之前,還未有人能觀察到這些代謝物在活細(xì)胞中的實(shí)時(shí)水平變化。”

 

同時(shí)研究人員還將RNA感應(yīng)器傳遞進(jìn)細(xì)胞,幫助他們?cè)趩渭?xì)胞中分析靶標(biāo)代謝物的水平,“您能看到這些代謝物表達(dá)水平如何應(yīng)答通路信號(hào),或者遺傳變化的,并且還能治療異常代謝的藥物。”

 

這種方法克服了常用的綠色熒光蛋白GFP檢測(cè)方面的缺點(diǎn),GFP與其它蛋白能通過(guò)與代謝物結(jié)合蛋白的融合表達(dá),用于檢測(cè)代謝,在某些情況下,代謝物的結(jié)合可以扭曲蛋白,影響熒光成像,但對(duì)于大多數(shù)代謝物來(lái)說(shuō),并不能與GFP融合成感應(yīng)器的合適蛋白。

 

通過(guò)利用RNAs作為代謝感應(yīng)器,這一問(wèn)題就得到了解決,“RNA令人嘆服之處在于,從本質(zhì)上來(lái)說(shuō),其序列能結(jié)合到任何想要結(jié)合的小分子上面,而且在兩個(gè)星期的時(shí)間內(nèi)就能完成。”

 

這種方法將能幫助科學(xué)家們分析任何小分子代謝物在細(xì)胞中的變化,而且經(jīng)過(guò)研究人員的進(jìn)一步探索,這一技術(shù)還可以用于檢測(cè)活細(xì)胞中的蛋白,和其它分子。

 

除了基礎(chǔ)研究以外,這一技術(shù)還可以用于臨床研究,Jaffrey表示他們對(duì)于大腦神經(jīng)細(xì)胞中代謝物變化十分感興趣,希望能由此開(kāi)發(fā)出治療自閉癥之類(lèi)疾病的新方法。

 


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