《PNAS》再次發(fā)表我校陳洪淵院士團(tuán)隊在單細(xì)胞分析系統(tǒng)的重要研究進(jìn)展
近日，南京大學(xué)化學(xué)化工學(xué)院陳洪淵院士團(tuán)隊在單細(xì)胞分子動態(tài)分析系統(tǒng)研究中再次取得重要進(jìn)展。相關(guān)成果Direct Electrochemical Observation of Glucosidase Activity in Isolated Single Lysosomes from a Living Cell發(fā)表在國際一流期刊 《美國科學(xué)院院刊》(Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS)。文章鏈接為http://www.pnas.org/content/early/2018/03/28/1719844115。
細(xì)胞是組成生命體的基本單元，揭示生命的奧秘必須從細(xì)胞著手。鑒于細(xì)胞自身的復(fù)雜性及彼此之間存在巨大差異，研究細(xì)胞群體及其行為固然重要，但往往會掩蓋多種特征，因此需要在單細(xì)胞層面了解細(xì)胞特征以及彼此之間的信息傳遞。陳洪淵院士團(tuán)隊在基金委重大科研儀器研制項目支持下，提出發(fā)展基于電化學(xué)分析、結(jié)合光學(xué)和質(zhì)譜分析的全新單細(xì)胞時空分辨分子動態(tài)分析系統(tǒng)。2016年，團(tuán)隊成員江德臣教授研究小組在此指導(dǎo)思想下，利用納通道電輸運(yùn)的精準(zhǔn)特性，將飛升 (10-15L) 量級的多種試劑導(dǎo)入單個活細(xì)胞中，構(gòu)建“單細(xì)胞試劑盒”，實現(xiàn)了對單細(xì)胞中蛋白化學(xué)活性的定量分析。研究工作發(fā)表于PNAS (2016，113, 11436-11440)。
在此基礎(chǔ)上，項目組進(jìn)一步提升單細(xì)胞電化學(xué)分析的空間識別能力至納米級，建立了可分析單個細(xì)胞器(直徑 ~100 nm)中蛋白化學(xué)活性的“試劑盒”。該裝置利用電輸運(yùn)，將胞內(nèi)單個溶酶體顆粒分離進(jìn)入毛細(xì)管尖端；基于溶酶體在納米針尖限域空間的受限擴(kuò)散，循環(huán)轉(zhuǎn)化被檢蛋白(葡萄糖苷酶)的底物，產(chǎn)生足量的過氧化氫加以電化學(xué)定量測定。這是首次實現(xiàn)活細(xì)胞內(nèi)單個細(xì)胞器中蛋白活性的電化學(xué)測量，對于闡明細(xì)胞器功能的分子基礎(chǔ)以及提升電化學(xué)分析空間分辨能力均具有重要價值。處于毛細(xì)管針尖的試劑盒成分可通過可控電輸運(yùn)加以更新，實現(xiàn)胞內(nèi)多個溶酶體顆粒的比較研究，成功揭示了胞內(nèi)溶酶體中葡萄糖苷酶活性具有均質(zhì)性的特征，為進(jìn)一步理解細(xì)胞個體差異性的生物學(xué)起源提供了一套全新的生物學(xué)數(shù)據(jù)。
我校2017級化學(xué)化工學(xué)院博士生潘榮容為本文第一作者，江德臣教授為通訊作者。本項目受到基金委重大科研儀器研制項目和科技部重點研發(fā)專項支持。感謝化學(xué)化工學(xué)院吳增強(qiáng)博士和浙江大學(xué)蘇彬教授等對文章的深入討論。
圖1： “單細(xì)胞器試劑盒”分析活細(xì)胞內(nèi)單個溶酶體中蛋白活性
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