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南京大學團隊實現(xiàn)單個活細胞內(nèi)低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的分析 | 前沿用戶報道

來源：HORIBA科學儀器事業(yè)部 2022年02月21日 08:38

供稿：溫艷蓉

成果簡介

2021年6月，南京大學劉震教授團隊在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)展了單細胞等離激元免疫夾心法，成功實現(xiàn)了單個活細胞及活體動物內(nèi)多種低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的分析。

背景介紹

細胞是生物體結(jié)構(gòu)和生命活動的基本單位，基于細胞的研究是生命科學的基礎(chǔ)。其中，基于單細胞分析的生命科學研究能夠從更深的層次上揭示生命活動的本質(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依據(jù)。

蛋白質(zhì)是生物學功能的直接執(zhí)行分子，在單個細胞內(nèi)分子數(shù)目少于1000個拷貝數(shù)的蛋白質(zhì)被稱為低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)。雖然低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的豐度極低，但它們在多種重要的生物學過程中起著關(guān)鍵的調(diào)控作用。縱觀整個單細胞分析技術(shù)領(lǐng)域，蛋白質(zhì)的分析手段遠遠滯后于基因組和轉(zhuǎn)錄組的分析方法，其最根本的原因是蛋白質(zhì)的研究缺少類似于PCR的擴增工具，導致很多低豐度的蛋白質(zhì)十分難以檢測。因此，發(fā)展適用于單細胞內(nèi)低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的檢測技術(shù)具有重要的科學意義和應(yīng)用價值。

劉震教授團隊將免疫識別與等離激元拉曼檢測技術(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），成功實現(xiàn)了單個活細胞及活體動物內(nèi)多種低拷貝數(shù)蛋白質(zhì)的分析（Angewandte Chemie International Edition, 2016, 55, 13215）。此后，該方法還擴展到單個活細胞中的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，該技術(shù)還被成功應(yīng)用于單細胞信號通路研究和抗癌藥物活性評價（Analytical Chemistry, 2020, 92, 12498）等應(yīng)用。

圖文導讀

單細胞等離激元免疫夾心法（scPISA）的工作流程示意圖如圖1所示。包括三個主要步驟：細胞內(nèi)萃取、標記和檢測。

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，準確地插入單個活細胞內(nèi)特定部位進行目標蛋白的富集。

2.萃取一定的時間后將微萃取探針從細胞內(nèi)拔出，經(jīng)過適當?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簽對富集到的目標蛋白質(zhì)進行標記，從而在微萃取探針表面形成類似三明治夾心結(jié)構(gòu)的微萃取探針-目標蛋白質(zhì)-納米拉曼標簽免疫復(fù)合物。

圖1. 單細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胞顯微操作平臺耦合（圖2 c），使用拉曼光譜儀的DuoScan功能對懸掛在細胞顯微操作臂上的微探針進行分析（圖2 d），從拉曼的強度信息中得出細胞內(nèi)低拷貝數(shù)蛋白的豐度，細胞內(nèi)分布等信息（圖2 f）。HORIBA共聚焦拉曼光譜儀的DuoScan功能可以對微萃取探針的各個區(qū)域進行原位分析，所得到的信號強度變化反應(yīng)細胞內(nèi)蛋白的相應(yīng)變化，能夠?qū)崿F(xiàn)“所見即所得”。當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簽之間納米級間隙內(nèi)由于等離激元耦合作用產(chǎn)生“熱點”，顯著地增強納米標簽的表面增強拉曼散射（SERS）信號，靈敏度達單分子水平，從而能夠?qū)崿F(xiàn)低拷貝數(shù)生物分子的檢測。

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倒置顯微鏡，專為生命科學研究而設(shè)計。不僅具備通常的拉曼光譜測量功能，而且可以實現(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擴展到宏觀尺度，從深紫外到紅外，掃描共焦圖像變得更快、更容易、更靈活。

HORIBA XploRA INV多功能拉曼成像光譜儀

如果您對上述產(chǎn)品感興趣，歡迎掃描二維碼留言，我們的工程師將會及時為您答疑解惑。

文獻信息

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

劉震教授簡介

南京大學特聘教授，博士生導師，國家杰出青年基金獲得者。英國皇家化學會會士、中國化學會高級會員、美國化學會會員，兼任國際分子印跡學會理事會理事、中國質(zhì)譜學會常務(wù)理事、中國化學會質(zhì)譜專業(yè)委員會委員、中國生物化學與分子生物學會蛋白質(zhì)組學專業(yè)委員會委員、《Analytica Methods》副主編、《Electrophoresis》、《Separation Science Plus》等雜志編委。主要從事分子識別、親和分離、疾病診斷、單細胞分析和癌癥納米治療等研究，主持國家重大科研儀器項目和基金委重點項目等國家級科研項目10余項，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（谷歌學術(shù)），主編及合著著作2部，出版專章7章，獲授權(quán)專利15項。

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