Cell：无需裂解细胞，新方法实现活细胞的转录组分析

　　

近年来，科学家们开发了多种方法来测定细胞的转录组，以研究细胞的身份和基因活性。不过，这些方法通常需要裂解细胞来获取其中的RNA片段，且只能提供一次性的快照。

近日，Broad研究所和麻省理工学院的研究人员开发出一种“细胞自我报告”方法，让活细胞能够主动分享自身的转录组信息，因而无需裂解细胞。这项研究成果于9月1日发表在《Cell》杂志上。

这种活细胞转录组学方法利用了病毒样颗粒（VLP）。细胞采用VLP包装RNA并将其递送到它们所在的培养基中。研究人员只需从培养基中取样即可分离出RNA，并通过反复采样，揭示同一细胞群体在成熟或应对扰动时的基因活性变化。

早在十多年前，Broad研究所的Paul Blainey团队就开始寻找一种无需杀死细胞即可进行RNA测序的新方法。他们从逆转录病毒中获得了灵感，这些病毒在数百万年的时间里进化出了将RNA基因组包装在蛋白质外壳中的能力，从而在感染细胞之间依次传播。

为了建立这一方法，研究人员通过基因工程改造了哺乳动物细胞，使其表达一种逆转录病毒的结构蛋白Gag，这种蛋白不仅可以包裹病毒RNA，还可以包裹细胞RNA。

在整合到细胞膜上之后，Gag蛋白能够招募细胞RNA，在其周围形成一个外壳以生成病毒样颗粒，然后从细胞膜上脱落，进入周围的液体培养基中。研究人员可从培养基中收集VLP，分离出RNA并进行测序，从而在不破坏细胞的情况下获得转录组视图。

共同第一作者、Broad研究所的Mohamad Najia博士表示：“与细胞的机械活检等方法相比，我们的解决方案对一般的生命科学或生物医学实验室而言具有更广泛的适用性，特别是我们希望用这种技术阐明的时间动态问题。”

研究人员在多种材料上验证了这种方法的适用性。在永生化的人类细胞、癌细胞系、干细胞及其衍生的神经细胞以及来自人类供体的原代细胞中，这种自我报告方法都有效。

他们还测试了两种共同培养的人类细胞类型。利用VLP上的标签，他们能够在分析过程中区分这两种细胞类型的信号。

此外，对于带有关键三维结构的系统，细胞自我报告方法也非常有用。研究团队在人类内皮细胞的球体上验证了他们的方法，成功捕捉到在生化刺激细胞后发生的短期转录变化。

他们还与麻省理工学院的Linda Griffith教授合作，将该方法应用于其实验室的器官芯片设备。这些设备模拟了器官的生理机能，有助于减少临床前或动物模型测试，但它们比较复杂，因此很难提取细胞进行分析。

通过细胞自我报告方法，研究人员监测了器官芯片中内皮细胞的基因表达动态，揭示了与组织形成血管网络相关的基因变化，这些网络的形成依赖于血管周围的基质。

“总的来说，这项工作展示了细胞自我报告方法作为一种极具吸引力的研究活细胞转录组的工具，让我们能够研究各种生物学背景和新型实验设计下的动态过程，” 作者在文中写道。

研究人员希望继续探索新的应用，包括检测其他分析物，如蛋白质和代谢物。