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陈鹏课题组对细胞互作的原位捕获技术的进展

        北大化学与分子工程学院、北大-清华生命科学联合中心陈鹏教授在J.Am.Chem.Soc杂志报道了一种捕捉细胞在体内和原位相互作用的技术,并作了特别报告。

        不同细胞之间的相互作用和信息传递在许多生命活动中发挥着关键作用,包括免疫反应、器官发育、神经传导等。目前,大多数研究细胞相互作用的方法都需要已知的细胞类型,因此在复杂的生活环境中难以发现或研究未知的细胞相互作用。为了解决这一问题,陈鹏的研究组借助"定向进化"技术和"邻近标记"策略,实现了细胞间动态相互作用的原位捕获。这种技术名为EXCELL,通过将作者进化而来的分选酶(mgSrtA)显示在待研究的细胞表面,捕捉和识别与(mgSrtA)相互作用的细胞,为研究细胞与细胞间的相互作用提供了有力的工具。

        分离酶Sortase A (SrtA)起源于金黄色葡萄球菌,可催化分选肽(LPETG)与寡聚甘氨酸之间的共价连接。近年来,已有报道称SrtA用于监测小鼠特异性受体-配体介导的免疫细胞相互作用。然而,这种方法需要将SrtA和寡聚甘氨酸融合到相互作用的配体和受体细胞上,因此需要预测细胞相互作用的类型,同时对两种细胞进行基因修饰,因此无法捕捉细胞间未知的相互作用。为了突破这一瓶颈,陈鹏的研究组设想了一种未知细胞的标记方法。由于约5%的细胞表面蛋白含有N端单一甘氨酸,他们希望获得一种标记单个甘氨酸N端氨基的分选酶,从而使任何细胞都能被标记。为此,他们建立了SrtA定向进化的高通量荧光筛选平台,成功地获得了一种高活性的SrtA突变体mgSrtA,它可以标记单一甘氨酸,能够有效地标记任何细胞类型。

        通过亲和抗原(ZHER与Her2)与配体受体(CTLA4与B7,CD40L与CD40)的相互作用验证了该方法的可靠性,实验结果表明,显示在细胞表面的mgSrtA可以借助邻近效应,将含有 biotin标签的分选肽biotin-LPETG共价标记在与其相互作用的细胞表面。通过流式细胞术发现biotin标记信号在相互作用的细胞中只有显著增强,才能成功地识别和捕获相互作用的细胞。

        首次将SrtA转化为具有较高活性和较宽碱基谱的"相邻标记"酶,并对其标记和细胞相互作用的追踪进行了验证。指出Excell方法不需要事先将寡聚甘氨酸引入靶细胞表面,因此适合于研究复杂系统中未知细胞类型间的相互作用。同时,由于SrtA底物分离肽仅含有5个氨基酸,已在小鼠体内成功应用。该标记方法不仅易于监测,而且与未来各种下游分析平台兼容,完成相互作用细胞的捕获、富集和测序,从而进一步获得细胞在时间、空间、类型等方面的相互作用信息。

        近年来,一系列蛋白质邻近标记技术被发展并应用于蛋白质组的研究。发达的Excell技术实现了细胞间相互作用的原位标记和捕获,并将邻近标记策略从"细胞内"扩展到"细胞外"空间,在免疫反应、神经传导等领域有着广阔的应用前景。陈鹏教授是论文的传播者,研究小组的博士毕业生葛韵和陈龙,是论文的第一作者。这项工作由中国国家自然科学基金、科技部和北京大学合成与功能生物大分子中心资助。

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