活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)助力基因功能分析
為分離出某種表型或生命過(guò)程的功能基因，一方面可以從形狀入手研究基因，即基于正向遺傳學(xué)的篩選方法；也可以從基因入手反向研究相關(guān)性狀，即基于反向遺傳學(xué)的篩選方法。
基于正向遺傳學(xué)的篩選策略是指以個(gè)體或細(xì)胞的特定表型為切入點(diǎn)，尋找表型相對(duì)應(yīng)的基因，并揭示基因的功能。該策略的完成需要具備特異性的生物學(xué)表型，然后通過(guò)分子生物學(xué)或遺傳學(xué)方法獲得候選基因，最后對(duì)候選基因進(jìn)行評(píng)價(jià)和功能驗(yàn)證。具體包括傳統(tǒng)的遺傳學(xué)分析、基于DNA測(cè)序的基因突變分析、基因表達(dá)譜分析和全基因組關(guān)聯(lián)研究、高通量基因測(cè)序、表達(dá)譜分析（i基因表達(dá)譜、蛋白表達(dá)譜、micreRNA表達(dá)譜和代謝組等）和生物信息學(xué)技術(shù)等。
反向遺傳學(xué)的篩選策略是在基因組全部DNA序列信息的基礎(chǔ)上，對(duì)基因進(jìn)行加工和修飾，包括點(diǎn)突變、基因插入、基因剔除或基因置換等，人工使得被修飾的生物體具備某些生物學(xué)特性，從中挑選該興趣的表型并鑒定相關(guān)基因，研究功能基因的結(jié)構(gòu)與功能。目前利用該技術(shù)篩選功能基因的方法眾多，主要包括cDNA文庫(kù)技術(shù)、RNAi文庫(kù)技術(shù)、反義RNA技術(shù)、CRISPR/Cas9篩選技術(shù)和插入突變技術(shù)等[1]。
生物信息學(xué)的技術(shù)僅能對(duì)基因的功能做一個(gè)大致的判斷，但在一定程度上需要我們通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)推測(cè)進(jìn)行驗(yàn)證。目前常用的實(shí)驗(yàn)方法為基因功能缺失以及基因過(guò)表達(dá)。
JuLI™ Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)助力基因功能分析
我們選取了兩篇使用JuLI Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)應(yīng)用在基因功能研究方向的代表性文章。
1. 重慶醫(yī)科大學(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《Genes & Diseases》期刊上發(fā)表一篇名為 'Cell cycle dysregulation with overexpression of KIF2C/MCAK is a critical event in nasopharyngeal carcinoma' 的文章[2]。
研究人員系統(tǒng)分析了4個(gè)獨(dú)立的鼻咽癌（NPC）轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，重點(diǎn)鑒定了鼻咽癌的關(guān)鍵分子網(wǎng)絡(luò)和新的關(guān)鍵樞紐基因。研究人員在數(shù)據(jù)集內(nèi)發(fā)現(xiàn)了170個(gè)常見的重疊差異表達(dá)基因（DEGs），并且通過(guò)GO與KEGG通路分析發(fā)現(xiàn)細(xì)胞周期失調(diào)是鼻咽癌的關(guān)鍵事件，此外還通過(guò)蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)分析確定了15個(gè)中心基因核心網(wǎng)絡(luò)，確定了本次研究的關(guān)鍵因子過(guò)表達(dá)驅(qū)動(dòng)蛋白家族成員2C（KIF2C）。后續(xù)通過(guò)敲除KIF2C來(lái)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。文中使用JuLI™ Stage實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)HNE-1、CNE-1（NPC細(xì)胞）生長(zhǎng)48h，測(cè)定細(xì)胞活力與生長(zhǎng)速率。同時(shí)，在細(xì)胞遷移試驗(yàn)中使用JuLI™ Stage實(shí)時(shí)記錄細(xì)胞圖像8h并做相應(yīng)的分析。文章最后得出結(jié)論：細(xì)胞周期失調(diào)是鼻咽癌發(fā)病過(guò)程中的關(guān)鍵事件，而KIF2C是一種新型的關(guān)鍵有絲分裂樞紐基因，在鼻咽癌中具有治療潛力。
圖1. HNE-1細(xì)胞生長(zhǎng)情況
圖2. CNE-1細(xì)胞生長(zhǎng)情況
圖3. HNE-1、CNE-1細(xì)胞遷移
2. 紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)研究團(tuán)隊(duì)在《Cell Reports》期刊上發(fā)表一篇名為“In Vivo Cell Fate Tracing Provides No Evidence for Mesenchymal to Epithelial Transition in Adult Fallopian Tube and Uterus”的文章[3]。
研究人員利用由女性生殖道間充質(zhì)細(xì)胞標(biāo)記基因(AMHR2、CSPG4和PDGFRb)驅(qū)動(dòng)的報(bào)告基因進(jìn)行胚胎細(xì)胞譜系追蹤，研究間充質(zhì)細(xì)胞向上皮細(xì)胞的轉(zhuǎn)化(MET)是否參與輸卵管和子宮上皮細(xì)胞的維持、修復(fù)和癌變。使用JuLI™Stage對(duì)類器官進(jìn)行成像。對(duì)輸卵管類器官與表達(dá)PDGFRb的間質(zhì)成纖維細(xì)胞共培養(yǎng)，使用JuLI™ Stage拍攝明場(chǎng)以及GFP熒光圖像。成像結(jié)果表明GFP表達(dá)僅限于基質(zhì)細(xì)胞。
使用JuLI™ Stage培養(yǎng) 21 天的突變輸卵管類器官的代表性明場(chǎng)和熒光圖像，描繪了這些類器官中 GFP 表達(dá)的缺失。
圖4. 類器官明場(chǎng)以及熒光圖像
參考文獻(xiàn)：
[1] Liu Xu, Chang De, Wang Jun-feng. Advantages, disadvantages and research progress on strategies for screening and identifying functional genes[J]. Basic & Clinical Medicine, 2022, 42(6): 969-974.
[2] Zuo X, Meng P, Bao Y, et al . Cell cycle dysregulation with overexpression of KIF2C/MCAK is a critical event in nasopharyngeal carcinoma[J]. Genes Dis. 2021 Jun 14;10(1):212-227. (IF 6.8)
[3] Ghosh A, Syed SM, Kumar M, et al. In Vivo Cell Fate Tracing Provides No Evidence for Mesenchymal to Epithelial Transition in Adult Fallopian Tube and Uterus[J]. Cell Rep. 2020 May 12;31(6):107631. (IF 8.8)
- 腫瘤的形成機(jī)制與前沿治療技術(shù)分享
- 活細(xì)胞成像應(yīng)用于藥物對(duì)血管生物學(xué)影響的研究
- JuLI Stage活細(xì)胞成像分析系統(tǒng)助力iPSC相關(guān)研究
- Apogee Flow納米流式細(xì)胞儀助力細(xì)胞外囊泡冷凍保護(hù)研究
- 法藥企賽諾菲用可調(diào)電阻脈沖傳感(TRPS)技術(shù)比較疫苗配方中粒徑分布
- 2024年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)：打開微小RNA的神秘世界
- 細(xì)胞治療革新指南：從臺(tái)盼藍(lán)染色到熒光法
- Cell3iMager高速2D/3D細(xì)胞成像掃描系統(tǒng)助力單克隆細(xì)胞株篩選
