近日，上海交通大學(xué)丁顯廷教授團(tuán)隊(duì)在Advanced Materials雜志上發(fā)表論文，李山鶴老師為獨(dú)立第一作者，報道了一種基于微芯片免疫印跡方法的單細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率分析芯片（scTAC），用于快速準(zhǔn)確地分析數(shù)千個宿主細(xì)胞個體中的外源基因表達(dá)差異。scTAC不僅可以對單個細(xì)胞中外源基因的表達(dá)活性的信息進(jìn)行靈敏、快速、準(zhǔn)確的分析，還可以用于稀有細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率的分析和轉(zhuǎn)染方法的評估。

轉(zhuǎn)染是細(xì)胞生物學(xué)中研究特定基因功能的基本方法。構(gòu)建具有熒光蛋白標(biāo)簽的融合蛋白，對于評估基因編輯效率，追蹤蛋白信號以及無損研究細(xì)胞生物學(xué)功能（例如細(xì)胞周期）至關(guān)重要。然而，即使在成功轉(zhuǎn)染的細(xì)胞中，由于復(fù)雜的酶環(huán)境和蛋白翻譯修飾機(jī)制，融合基因的不完全共表達(dá)情況會產(chǎn)生廣泛的假陽性信號。同時，外源基因的表達(dá)產(chǎn)物在不同的細(xì)胞階段呈現(xiàn)出高度的動態(tài)變化特性，造成轉(zhuǎn)染細(xì)胞個體基因表達(dá)的異質(zhì)性。此外，對于一些難以轉(zhuǎn)染的細(xì)胞，如腫瘤干細(xì)胞、基因編輯細(xì)胞，由于細(xì)胞數(shù)量極為稀少，難以采用傳統(tǒng)的方法如Western Blot、熒光流式分選技術(shù)分析相關(guān)基因表達(dá)信息。這些問題對現(xiàn)有的細(xì)胞轉(zhuǎn)染技術(shù)中結(jié)果的可靠性，轉(zhuǎn)染方法的有效性和準(zhǔn)確性構(gòu)成嚴(yán)峻挑戰(zhàn)。

圖1：融合基因不共表達(dá)造成假陽性圖片來源：Adv.Mater.

為了解決這些難題，該研究報道了一種單細(xì)胞轉(zhuǎn)染效率分析芯片（scTAC），每個芯片有2000個微孔陣列，多個芯片并行可以實(shí)現(xiàn)高通量檢測，能夠從成千上萬個細(xì)胞中迅速篩選已成功轉(zhuǎn)染的細(xì)胞，并可對單細(xì)胞中的外源基因的共表達(dá)情況進(jìn)行準(zhǔn)確分析，還可對細(xì)胞內(nèi)相關(guān)信號通路中蛋白質(zhì)表達(dá)進(jìn)行分析。

圖2：scTAC工作原理及流程圖片來源：Adv.Mater.

該研究報道了利用scTAC對轉(zhuǎn)染后的細(xì)胞進(jìn)行精確定位，通過分析熒光蛋白和靶蛋白的表達(dá)強(qiáng)度，得出靶蛋白的表達(dá)與熒光蛋白的表達(dá)并非總是具有一致性，從而說明傳統(tǒng)方法中使用熒光蛋白進(jìn)行靶蛋白表達(dá)水平評估結(jié)果的不可靠性。

圖3：融合蛋白共表達(dá)情況分析圖片來源：Adv.Mater.

該研究展示了對轉(zhuǎn)染融合質(zhì)粒的腫瘤干細(xì)胞中的“刺猬信號通路”相關(guān)蛋白進(jìn)行了單細(xì)胞免疫印跡分析，發(fā)現(xiàn)在融合蛋白TSPAN8-EGFP的誘導(dǎo)下，小部分不具有腫瘤干細(xì)胞外觀的細(xì)胞卻出現(xiàn)腫瘤干細(xì)胞標(biāo)志物的高表達(dá)的現(xiàn)象。

圖4：腫瘤干細(xì)胞融合基因的轉(zhuǎn)染圖片來源：Adv.Mater.

該項(xiàng)研究成果是單細(xì)胞免疫印跡分析技術(shù)在細(xì)胞分子生物學(xué)領(lǐng)域的創(chuàng)新應(yīng)用研究，很好的解決了稀有細(xì)胞中轉(zhuǎn)染效率分析和轉(zhuǎn)染技術(shù)研究的難題。該技術(shù)實(shí)現(xiàn)了轉(zhuǎn)染細(xì)胞的定位、篩選和檢測，整個分析過程可在4小時內(nèi)完成。同時，芯片小巧便攜，存儲簡單，并可根據(jù)需要更換后端檢測設(shè)備，在細(xì)胞分子生物學(xué)研究和臨床醫(yī)學(xué)診斷方面具有廣泛的應(yīng)用前景。