SPOTlight增強細胞研究

萊斯大學和貝勒醫學院的研究人員開發了一種分離特定細胞的新方法，并在此過程中發現了更強大的熒光蛋白。

平臺和蛋白質都可能對合成生物學家和生物醫學研究人員非常有用。他們通常需要挑選出具有特定視覺表型的細胞，例如形狀或活性，這些形狀或活性取決于其遺傳或表觀遺傳組成或發育歷史。

萊斯大學的研究生Jihwan(James)Lee和FrançoisSt-Pierre，貝勒醫學院的神經科學助理教授，萊斯大學的電氣和計算機工程兼職助理教授，他們的團隊在《科學進展》中報告了他們的研究結果。

Lee和他的同事稱他們的平臺SPOTlight為單細胞表型觀察和帶標記的簡稱。它解決了現有分選技術的局限性，無法從異類種群中分離具有獨特特征的單個活細胞。

然后，他們利用蛋白質工程方法開發了迄今為止報道的最光穩定的黃色熒光蛋白質。

Lee是第一作者，也是圣皮埃爾貝勒實驗室的賴斯系統，合成和物理生物學項目的學生，他說：“我們基本上開發了一個平臺，可以篩選單個細胞的時空特性。”

他說：“這是通過首先在顯微鏡下觀察細胞來完成的。” “這些細胞表達一種特殊的蛋白質，這樣一來，在所需的細胞上照亮一點就能使它們變成紅色。然后，我們可以使用一種稱為流式細胞儀的通用裝置輕松地將紅細胞與其余的細胞分離。”

賴斯大學和貝勒醫學院的研究人員開發了SPOTlight平臺，該平臺可加快細胞分選的速度，同時使過程更具通用性。作為概念驗證，他們創造了迄今為止光穩定性最高的黃色熒光蛋白。圖片來源：李智煥/米大學

該“特殊的”可光激活的熒光蛋白在被紫光照射后不可逆地從黑暗轉變為明亮。也可以使用可光活化的染料代替蛋白質。實際上，細胞具有持久標簽。

為了僅標記感興趣的細胞，該團隊使用了一種數字微鏡設備，該微型微鏡驅動的陣列也用在數字投影儀中，以使其能夠點亮單個細胞。Lee說：“這些微鏡旋轉并旋轉以定義樣品區域，直至單個細胞。” “這都是自動化的。有一個電動顯微鏡載物臺，可將成像板上的細胞移動到預定區域附近，而DMD僅在特定細胞上照射光。”

通過SPOTlight，研究人員可以隨時間觀察成千上萬的人類或酵母細胞，以發現具有理想細胞動力學，亞細胞結構或形狀的細胞。然后可以使用自定義軟件來識別具有所需配置文件的所有單元，并指示光源和DMD用紫光對它們進行光激活。

“然后，我們使用流式細胞儀或細胞分選儀，可以檢測并回收我們標記的細胞，而丟棄其余的細胞，”李說。“在我們回收了感興趣的細胞后，我們可以將它們送去測序或進行進一步的研究。”

李說，原型機可以在45秒到1分鐘內標記單個細胞。他說：“這取決于光的力量。” “有了更強大的光源，我們應該能夠更快地做到這一點，也許每個單元只需幾秒鐘。”

為了證明SPOTlight的實用性，Lee和他的同事們使用它來篩選300萬個表達熒光蛋白文庫的突變細胞，最終鑒定并改進了一種稱為mGold的黃色熒光蛋白。

“這是現有的稱為mVenus的熒光探針的變體，” Lee說。“ mVenus的問題是，它的光漂白非常快。當您不斷向其照射光時，它會變得越來越暗。如果長時間監視表達mVenus的細胞，那么有時將無法檢測到熒光蛋白因此，我們決定篩選具有更好熒光穩定性的mVenus突變體。”

他說，研究人員通常通過在表達這種蛋白質的細菌菌落上照射光來改造熒光蛋白質，以查看哪種蛋白質最亮。Lee說，借助SPOTlight，“我們可以同時篩選亮度和光穩定性”。“這不是人們通常做的事情，但是生物學并不是一成不變的。它在時空中移動，因此具有這些時間特性也很重要。