活細(xì)胞代謝成像新方法
通過基因工程技術(shù)使得細(xì)胞表達(dá)一種經(jīng)修飾（改造）過的RNA，又稱Spinach，研究人員能對(duì)活細(xì)胞中的小分子代謝物進(jìn)行成像，并觀察它們隨時(shí)間變化是如何改變的。每個(gè)細(xì)胞新陳代謝都會(huì)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(shí)如癌癥狀態(tài)下細(xì)胞代謝的異常或確定藥物能否將細(xì)胞的代謝狀況恢復(fù)到正常狀態(tài)。

康奈爾大學(xué)威爾醫(yī)學(xué)院的研究人員說發(fā)表在3月9日的《科學(xué)》雜志上的相關(guān)論文詳細(xì)描述了這種先進(jìn)的技術(shù)方法，這一技術(shù)將有可能*顛覆以往對(duì)代謝組學(xué)的認(rèn)識(shí)，提供數(shù)千種細(xì)胞內(nèi)代謝產(chǎn)物的動(dòng)態(tài)變化的化學(xué)指紋圖譜。

活細(xì)胞代謝成像新方法
威爾康乃爾醫(yī)學(xué)院藥理學(xué)副教授Samie R. Jaffrey博士說：“動(dòng)態(tài)觀察到代謝產(chǎn)物的變化將為我們提供新的和強(qiáng)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(fù)到正常水平的方法”。Jaffrey博士領(lǐng)導(dǎo)威爾康乃爾的其他三名研究人員共同完成了這項(xiàng)研究。

他說：“細(xì)胞的代謝水平調(diào)控著細(xì)胞諸多功能，也正因?yàn)槿绱耍x水平的變化可以是細(xì)胞內(nèi)在特定的時(shí)間內(nèi)發(fā)生什么變化的寫照”。

例如生物學(xué)家都知道，腫瘤細(xì)胞存在代謝異常，這些細(xì)胞對(duì)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(cè)量活細(xì)胞中代謝產(chǎn)物一直非常困難。

Jaffrey博士和他的團(tuán)隊(duì)展開的科學(xué)研究表明：可以用特定的RNA序列來檢測(cè)細(xì)胞中代謝產(chǎn)物的水平。這些RNAs是基于能在細(xì)胞發(fā)出綠色光的Spinach RNA設(shè)計(jì)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(shí)就關(guān)閉，造成Spinach熒光開啟。他們?cè)O(shè)計(jì)出了RNA序列以追蹤細(xì)胞中五個(gè)不同代謝產(chǎn)物包括二磷酸腺苷、細(xì)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(shí)觀察到細(xì)胞中代謝產(chǎn)物水平是如何變化的”。

Jaffrey博士說：“在活細(xì)胞中運(yùn)用RNA傳感器，研究人員能夠測(cè)量單個(gè)細(xì)胞中的目標(biāo)代謝產(chǎn)物水平隨著時(shí)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(yīng)信號(hào)刺激或遺傳變化進(jìn)而發(fā)生動(dòng)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(gè)主要目標(biāo)是確定藥物是否能使細(xì)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(biāo)記活細(xì)胞以充當(dāng)傳感器的缺點(diǎn)。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(dāng)代謝感應(yīng)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(huì)扭轉(zhuǎn)蛋白質(zhì)結(jié)構(gòu)，進(jìn)而影響已經(jīng)融入到這些蛋白質(zhì)中的熒光蛋白。另外，對(duì)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傳感器的蛋白質(zhì)。

通過使用RNA作為代謝物傳感器，這個(gè)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(gè)星期就能出來”。然后，這些人造序列融合到Spinach中，并在細(xì)胞中以單鏈RNA的形式表達(dá)。

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(xì)胞內(nèi)的情況”，他和他的同事們將這一技術(shù)的運(yùn)用范圍擴(kuò)大到能檢測(cè)活細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)和其他分子。

他補(bǔ)充說道：該技術(shù)可應(yīng)用于多種疾病研究中。Jaffrey博士說：“我們非常有興趣研究導(dǎo)致發(fā)育障礙如自閉癥的大腦神經(jīng)細(xì)胞內(nèi)的代謝如何是變化的，有很多的機(jī)會(huì)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(xué)院藥理系Jeremy S. Paige博士、Thinh Nguyen Duc博士、Wenjiao Song博士。

這項(xiàng)研究由美國(guó)國(guó)立衛(wèi)生研究院的生物醫(yī)學(xué)成像和生物研究所以及McKnight基金會(huì)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(xué)提出了這項(xiàng)技術(shù)的保護(hù)申請(qǐng)。Samie Jaffrey博士是Lucerna技術(shù)的創(chuàng)始人和科學(xué)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。

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