基于DNA探針的生物分子可視化系統(tǒng)

近年來研究發(fā)現(xiàn)腫瘤與微生物之間存在深入聯(lián)系，除了免疫相互作用外，哺乳動(dòng)物細(xì)胞和細(xì)菌之間還存在其他各種相互作用，如腸道微生物會(huì)誘導(dǎo)乳腺癌的發(fā)生。因此研究癌癥細(xì)胞和細(xì)菌之間的相互作用對(duì)于腫瘤的發(fā)生與治療具有重要意義。其中，腫瘤細(xì)胞對(duì)細(xì)菌識(shí)別的機(jī)械傳感機(jī)制在炎癥和吞噬作用中起重要作用。但是目前在流體剪切力下實(shí)現(xiàn)生物分子在質(zhì)膜中的精確亞細(xì)胞定位的研究仍然較為局限。

圖1. 在微通道中流體剪切力增強(qiáng)腫瘤細(xì)胞的細(xì)菌受體聚集

近期，清華大學(xué)的林金明團(tuán)隊(duì)開發(fā)了基于DNA探針的生物分子可視化系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)觀察在流體剪切力下，腫瘤細(xì)胞與細(xì)菌相互作用期間宿主細(xì)胞膜上增強(qiáng)的受體聚集現(xiàn)象（圖1）。為了在腫瘤細(xì)胞與細(xì)菌相互作用期間監(jiān)測(cè)膜蛋白、細(xì)胞表面糖類和脂質(zhì)雙層的行為和功能，使用了三種不同的標(biāo)記策略分別用熒光探針標(biāo)記這三種組分（圖2）。同時(shí)將微流控芯片用于癌細(xì)胞培養(yǎng)和處理，實(shí)現(xiàn)精確的流量控制和實(shí)時(shí)熒光觀察。研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)MCF-7細(xì)胞暴露于大腸桿菌溶液產(chǎn)生的剪切應(yīng)力時(shí)，宿主細(xì)胞膜蛋白會(huì)聚集并發(fā)出強(qiáng)烈的熒光（圖3），但是糖類和磷脂沒有聚集。結(jié)果表明膜蛋白，細(xì)胞表面糖類和磷脂雙層在識(shí)別過程中以不同方式起作用。該研究不僅揭示了新的細(xì)胞-細(xì)菌機(jī)械傳導(dǎo)機(jī)制，而且還提供了一種能夠原位和動(dòng)態(tài)指示細(xì)胞對(duì)機(jī)械刺激的反應(yīng)的通用方法。

圖2. 三種細(xì)胞膜組分的不同標(biāo)記策略

圖3. 流體剪切力下大腸桿菌引起MCF-7細(xì)胞膜蛋白聚集