為了更好地了解組織和器官如何發(fā)育，疾病如何發(fā)生的，一些科學家們計劃繪制細胞的三維空間分子譜，比如“人類生物分子圖譜計劃”，“人類細胞圖譜項目”以及一些腦圖譜項目等等。然而，現(xiàn)有的成像方法在其性能的各個方面受限，無法給科學家們帶來便捷。

近期，來自哈佛大學Wyss生物工程研究所和哈佛醫(yī)學院（HMS）的研究人員報道了一種新型的技術：Immuno-SABER （Immunostaining with Signal Amplification By Exchange Reaction）填補了這一空白，這種方法將常用抗體的蛋白質靶向特異性與基于DNA的信號放大策略相結合，能夠在同一樣品中對多種蛋白質進行高度多重可視化，讓每個靶位點產生預編程和可調節(jié)的熒光信號。這一研究團隊已經在許多細胞和組織制劑中驗證了他們的方法。

這一研究成果公布在Nature Biotechnology雜志上，由哈佛大學華人學者尹鵬（Peng Yin）領導完成。

尹鵬表示，“我們證明Immuno-SABER能夠在5到180倍范圍內獨立調節(jié)單個蛋白質靶標的信號強度，而且這項技術具有多重功能，可同時檢測多種蛋白質。并且具有速度快，使用相對簡單，成本低等優(yōu)點。未來這項技術有可能在許多組織和疾病中快速推進正在進行的大規(guī)模蛋白質作圖研究和生物標志物尋找項目中發(fā)揮作用?！?/p>

尹鵬團隊最近由于在利用DNA納米技術驅動的條形碼和信號放大技術方面的進展，被入選了人類生物分子圖譜計劃（HuBMAP）的和人類細胞圖譜項目的獲獎者。

在研究和臨床中，抗體是蛋白質最常用的檢測試劑，通常研究人員用熒光染色標記它們，通過顯微鏡進行檢測。然而，常規(guī)抗體染色方法通常僅允許同時使用最多五種不同的染色，并且靶蛋白的豐度可能存在顯著不同，因此難以從許多組織顯示的背景熒光中區(qū)分具有高靈敏度的稀有蛋白質靶標。

Immuno-SABER利用尹鵬研究組之前報道的“PER”方法，利用催化DNA發(fā)夾結構合成短DNA引物序列的長連接子。PER產生的多聯(lián)體通過短柄序列連接到抗體上的DNA條形碼，這樣抗體與固定細胞和組織樣品中的靶蛋白高特異性結合。在靶標位點的SABER多聯(lián)體為支架提供了用于互補熒光寡核苷酸（“成像劑”）的多個結合位點，因此可以從每個蛋白質靶標發(fā)出的信號擴增。

“通過對具有獨特短DNA序列的抗體進行條形碼編碼，并應用Immuno-SABER，我們可以同時對同一樣品中的多個蛋白質靶標進行高特異性的可視化。這基本上可以說是開辟了一種分析健康和多重組織中存在的蛋白質變種的方法，”文章的另外一位作者Sinem Saka博士說。

該團隊通過與之前開發(fā)的“DNA-Exchange”技術相結合，顯著提高了Immuno-SABER方法的多重潛力。在DNA交換中，標記一組靶蛋白的成像器被洗掉并被標記不同靶蛋白組的另一組成像器替換，并且這可以重復多次。

Immuno-SABER的另一個關鍵優(yōu)勢在于可以調節(jié)信號強度。這主要通過從PER生成的多聯(lián)體組裝更復雜的分支結構來實現(xiàn)這一目標，這個多聯(lián)體包含更多數量的熒光成像劑結合位點。“對基于PER的多聯(lián)體結構的復雜性進行編程，使我們能夠將信號強度調整為特定蛋白質的豐度。我們可以同時使用分支SABER產品可視化稀有蛋白質，從而實現(xiàn)更高的信號放大，以及具有線性SABRE的豐富蛋白質”。他們將線性和分支SABER多聯(lián)體組合在一起，例如，同時可視化人類扁桃體樣品中具有不同豐度和細胞位置的六種蛋白質靶標。

尹鵬團隊現(xiàn)有的DNA納米技術成像技術，比如DNA-PAINT和離散分子成像技術，已經推動了超分辨率顯微鏡領域的發(fā)展，使研究人員能夠在正常位置研究單個分子。

為了在更復雜的組織環(huán)境中實現(xiàn)類似的高分辨率蛋白質，團隊將Immuno-SABER與稱為“擴展顯微鏡”的方法相結合，該方法由合著者Edward Boyden博士開發(fā)，這種方法將固定組織人工膨脹至較大體積，這增加了單個分子之間的分離距離，從而提高了它們的有效分辨率，而無需專門的儀器。 “將擴展顯微鏡與Exchange-SABRE相結合，同時為我們提供了高度多路復用，更有效地為人體建立分子地圖集”。

“尹鵬的團隊再次展示了他們如何利用編程工程DNA分子來執(zhí)行像分子機器人這樣的特定任務，這樣我們就可以同時以高分辨率可視化人體細胞和組織中眾多蛋白質的位置，這將極大地加速發(fā)現(xiàn)生物控制的分子機制，以及新的疾病生物標志物，“Wyss研究所創(chuàng)始主任Donald Ingber教授評價道。

來源：生物通