Nature子刊：活细胞内单个mRNA剪接变体的定量成像

金纳米粒子帮助靶定和量化活细胞内的乳腺癌基因片段

　　

生物通报道：目前，普渡大学的研究人员开发出一种方法，利用带有合成DNA尾巴的金纳米粒子，检测和测量活细胞内的肿瘤水平。相关研究结果发表在2014年4月20日的国际顶级刊物《Nature Nanotechnology》。

由农业和生物工程教授Joseph Irudayaraj带领的一个研究小组，利用金纳米粒子靶定和结合称为BRCA1 mRNA剪接变体的遗传物质片段，这种剪接变体能显示乳腺癌的存在和阶段。通过检测光与金纳米粒子相互作用时所产生的特殊信号，可以确定一个细胞中这些mRNA剪接变体的数量。

Irudayaraj指出：“这是一种简单而复杂的技术，可用于检测单细胞中的肿瘤和确定其侵略性如何。如果能够量化这些遗传分子，最终可能会帮助临床医生为癌症患者提供更好和更个性化的治疗方法。”

Irudayaraj称，该技术还能够提高我们对于细胞生物学的理解，为基于单细胞的遗传分析和诊断铺平了道路。

BRCA1是一个抑癌基因，能够在某些情况下，将一个细胞转变为肿瘤类型。测量一个细胞中BRCA1 mRNA剪接变体的数量，可以显示这个基因是否正在表达，这是乳腺癌一个可能的迹象。

但是，目前检测癌症的方法，都依赖于数百或数千个细胞所组成的样本，不能提供癌症相关基因如何在单个细胞内表达的详细信息。

Irudayaraj和他的研究小组，首次检测和量化单个细胞中的BRCA1 mRNA剪接变体——当mRNA形成时被移除的遗传物质片段。剪接变体可以决定一个细胞的命运，以及特定蛋白是如何表达的。剪接过程中出现的错误与各种疾病有关。

他说：“利用这种方法，我们基本上能够海里捞针，并且我们可以确定海里是有5根针还是50根针。”

Irudayaraj和他的研究生助理Kyuwan Lee——该研究的第一作者，改造普遍纳米技术方法，来应对“活细胞中mRNA剪接变体的精确定位”这个挑战。他们制备了金纳米粒子——比人的一根头发直径小1000多倍，并用与BRCA1 mRNA 剪接变体互补的DNA链标记它们。

当注入细胞后，纳米粒子就附着于BRCA1 mRNA 剪接变体的任意一端，形成被称为二聚体的结构，Irudayaraj称，这种结构就像“一对手拉手的情侣”。

因为当二聚体遇见光时，会发出一种独特的信号，因此，研究人员就能够通过利用一个简单的光源照射细胞，来测量二聚体的数量。一个细胞中二聚体的数量，与BRCA1 mRNA剪接变体的数量相对应。

当光照在一个金纳米粒子上时的表现有所差异，从而可让研究人员能够将二聚体和自由浮动的金粒子区别开来。

研究人员用两种方法来量化二聚体：光谱法，测量遇见一个物体时的光散射方式，和一个比色图像，在上面二聚体显示为红色的点，而单个金粒子则呈绿色。

该技术可以在大约30分钟内，量化单个细胞中的mRNA剪接变体。Irudayaraj正在修改系统，以加快这个过程，以便其可以用于组织活检。他说：“如果我们能够在组织活检中以单细胞分辨率量化关键的mRNA，对于重要疾病的治疗方案改善来说，将非常的强大。”（生物通：王英）

延伸阅读：JACS：同时传递三种癌症药物的纳米粒子。

生物通推荐原文摘要：
Quantitative imaging of single mRNA splice variants in living cells
Abstract: Alternative messenger RNA (mRNA) splicing is a fundamental process of gene regulation, and errors in RNA splicing are known to be associated with a variety of different diseases. However, there is currently a lack of quantitative technologies for monitoring mRNA splice variants in cells. Here, we show that a combination of plasmonic dimer probes and hyperspectral imaging can be used to detect and quantify mRNA splice variants in living cells. The probes are made from gold nanoparticles functionalized with oligonucleotides and can hybridize to specific mRNA sequences, forming nanoparticle dimers that exhibit distinct spectral shifts due to plasmonic coupling. With this approach, we show that the spatial and temporal distribution of three selected splice variants of the breast cancer susceptibility gene, BRCA1, can be monitored at single-copy resolution by measuring the hybridization dynamics of the nanoplasmonic dimers. Our study provides insights into RNA and its transport in living cells, which could improve our understanding of cellular protein complexes, pharmacogenomics, genetic diagnosis and gene therapies.