肿瘤细胞的电影
2009-05-26 20:36:19 来源： 作者： 评论：0 点击：
就像管弦乐队的乐器一样，上千个蛋白拥在一个活细胞内，混杂在一起导致有时某个蛋白表现特别突出，有时又沉默下去。生物学家还没有一个有效的办法去“偷听”这些蛋白的“交响乐”，但是现在他们正朝着这一目标迈进。以色列雷霍沃特市的魏兹曼学院由Uri Alon领导的系统生物学家们这个星期在一家科学网站里讲述了他们通过荧光标记和延时显微镜观察到了前所未有的景象，即在人体肿瘤细胞内大约1000个蛋白波动的位置和水平。华盛顿西雅图系统生物研究所所长和共同创立者Leroy Hood称该工作是“开拓性的”，对他们团队所跟踪的蛋白数量，表达丰度和定位的精确性研究成果，他说：“这是一个里程碑式的论文”。这项新技术将帮助药物开发人员和基础生物学家。蛋白交响乐：每个水平线代表了细胞接触抗肿瘤药物后某个蛋白的表达水平，红色代表高水平，而兰色代表低水平。
现有的能检测单个细胞内大量蛋白的方法有基因水平阵列（可以检测基因转录水平）和质谱（检测蛋白水平），但是这两种方法包含了压碎的大量细胞，因此分析的蛋白可能包含了胞液中的蛋白。结果就是许多细胞的一个平均结果。为了开发一个新的方法来定量蛋白的动力学，Alon团队依据生物学家普遍使用的从水母或其他有机体中提取的荧光蛋白去标记细胞中的蛋白，他们将荧光蛋白基因融合到感兴趣的目标蛋白基因上并将之转入细胞中表达。可是，他们并不是一个接一个地制造标记蛋白，而是采取一个全局性的方法，他们用逆转录病毒将黄色荧光蛋白的DNA转染到了肺癌细胞中，这样在每个细胞内，逆转录病毒利用随机形式将每个细胞都整合进了重组DNA，常常一个细胞就用2万个这样的基因。Voilà：是一种带荧光标记蛋白的细胞。研究人员最终在单个细胞内分离到了1020个不同的随机标记蛋白。
现在到了制作电影的时候了，利用自动显微镜可以同时记录12个含不同标记荧光蛋白的细胞克隆，研究人员用常用的抗肿瘤药喜树碱处理每组细胞并观察48小时内其改变情况。药物通过胶质化一种叫拓扑异构酶的蛋白而杀死肿瘤细胞，这种酶的作用是细胞必须的，它可以使DNA螺旋结构解旋并拷贝，或者转录成蛋白翻译所需要的RNA。TOP1标记的细胞中拓扑异构酶表达在药物处理后明显下降，这一点毫不奇怪，可是标记的其他蛋白有时候表达水平上升，不过更多的时候是下降，有些标记蛋白从细胞核中消失并出现在细胞质中，或者是其他方式的易位，这可以进一步解释喜树碱的作用机制。最奇怪的是标记不同蛋白的细胞命运，在接触抗肿瘤药物后，根据不同的特性这些细胞克隆分成两类，一类的标记蛋白升高并且细胞存活；另一类蛋白水平下降细胞随后自毁。Hood说，理解这两类蛋白在细胞存活中的机制可以对喜树碱的耐药性机制找出新的解决策略。
协同药物组合”新型治疗剂研究开发公司的计算机生物学家Joseph Lehá说，Alon团队开发的该项技术可能“是一个发现药物作用机制的令人惊奇的工具”。Joseph Lehá的公司坐落在波士顿，是一家专门检测已知药物协同作用优势的公司。Alon说任意一个时刻细胞都能生产出5000到10000个蛋白，他的团队对完全描述这些蛋白的动力学特征还处在起步阶段，然而“1000个已经非常了不起了”，波士顿大学系统生物学家James Collins说。
现有的能检测单个细胞内大量蛋白的方法有基因水平阵列（可以检测基因转录水平）和质谱（检测蛋白水平），但是这两种方法包含了压碎的大量细胞，因此分析的蛋白可能包含了胞液中的蛋白。结果就是许多细胞的一个平均结果。为了开发一个新的方法来定量蛋白的动力学，Alon团队依据生物学家普遍使用的从水母或其他有机体中提取的荧光蛋白去标记细胞中的蛋白，他们将荧光蛋白基因融合到感兴趣的目标蛋白基因上并将之转入细胞中表达。可是，他们并不是一个接一个地制造标记蛋白，而是采取一个全局性的方法，他们用逆转录病毒将黄色荧光蛋白的DNA转染到了肺癌细胞中，这样在每个细胞内，逆转录病毒利用随机形式将每个细胞都整合进了重组DNA，常常一个细胞就用2万个这样的基因。Voilà：是一种带荧光标记蛋白的细胞。研究人员最终在单个细胞内分离到了1020个不同的随机标记蛋白。
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