新技术 | 在超高速下分析细胞中脂质代谢状态的O-ClickFC技术

京都大学的一个研究团队开发了一种名为O-ClickFC(流式细胞仪细胞器选择性点击标记)的新技术，可以在超高速下分析细胞中脂质的代谢状态。该技术不仅适用于脂类，还适用于糖、氨基酸等各种代谢物的分析，确定发病机制和代谢异常之间的遗传因素。

　　

   

   

O-ClickFC适用于CRISPR筛选，发现人类脂质代谢的遗传因素。使用不同颜色的细胞器靶向试剂，通过空间有限的咔哒反应对活细胞中的靶脂进行荧光标记。这允许流式细胞术高通量分析其脂质含量和分布在细胞器水平的基础上荧光强度和标记脂质的光谱。标记脂质在单个细胞中的荧光模式反映了CRISPR基因编辑导致的脂质生物合成或运输缺陷等代谢状态，从而实现了基于亚细胞脂质表型的大规模遗传筛选。

京都大学的Itaru Hamachi教授、Tomonori Tamura讲师和Masaki Tsuchiya助理教授开发了一种名为O-ClickFC(流式细胞仪细胞器选择性点击标记)的新技术，可以以非常高的速度分析细胞中脂质的代谢状态。

传统的细胞脂质分析主要是对大量采集的细胞提取物进行辐射分析和质谱分析。该方法在分析大量样品时费时费力，工作量大。为了阐明2万种人类基因与脂质代谢之间的关系，需要解决这个问题。在这项研究中，研究人员开发了O-ClickFC技术，该技术将活细胞中脂类的丰度和空间分布转化为简单的荧光信号信息，并以超高速(每秒10,000个细胞)进行分析。这是使用唯一的点击反应^(1）可以用荧光染料标记活细胞中的脂质。通过将这项技术与"基因组编辑”^（2），可以从所有人类基因突变的细胞群中选择脂质代谢异常的细胞，并确定致病基因。作为一个示范性实验，研究小组确定了49个对代谢重要的基因磷脂酰胆碱(PC)^（3）在这个过程中，他们发现了包括FLVCR1在内的许多新基因。通过彻底的分析，发现FLVCR1在摄取胆碱中发挥作用，胆碱是正常身体功能和人体健康所必需的营养物质。此外，研究人员还阐明了突变体FLVCR1的部分发病机制，该突变体会导致遗传性神经疾病和胆碱摄取的丧失。

多年来，代谢异常是癌症、肥胖和糖尿病等疾病的根源，这一点已经变得很明显。因此，O-ClickFC不仅可以用于分析脂类，还可以用于分析糖和氨基酸等各种代谢物，以确定发病机制和代谢异常之间的遗传因素，以及发现候选分子作为治疗靶点。

(1)点击反应

物质合成反应:在体内或细胞等生理条件下，两个分子可以容易、快速、有效地结合。作为一个典型的例子，经常使用叠氮化物和炔两个分子的偶联反应。在该技术中，叠氮化物通过代谢途径引入脂类，并通过使其与含有炔的荧光染料反应来对脂类进行荧光标记。

(2)基因组编辑，CRISPR-KO筛选

基因修饰技术:使用一种称为CRISPR/Cas9的高效DNA切割酶系统，可以将突变引入细胞基因组(所有遗传信息都写在其中的DNA)，并删除特定基因的功能(KO: Knockout)。CRISPR-KO筛选使用的是每个细胞缺乏一个基因的细胞群(文库)，在人类基因组的情况下，大约有20,000个基因是靶向的。通过从大约1亿个细胞库中选择一小部分显示所需生物学特性的细胞，可以识别特征基因突变。

(3)卵磷脂(PC)

PC是包括人类在内的哺乳动物细胞中脂质的主要成分。它是形成细胞膜的基本分子，并参与其他类型脂类(如甘油三酯)的代谢平衡。胆碱是PC的来源，由于细胞不能自行产生胆碱，因此必须通过饮食或其他方式外源性摄取。胆碱缺乏或PC合成缺陷会对细胞造成严重损害。在人类中，视网膜疾病、肌肉疾病、脂肪营养不良等是由于磷脂酰胆碱合成不良而引起的少数遗传性疾病。

文章标题

Organelle-selective click labeling coupled with flow cytometry allows pooled CRISPR screening of genes involved in phosphatidylcholine metabolism