从*初对RNAi的晦涩理解,到如今RNAi技术突飞猛进,虽然只有短短的十年,而RNAi技术一日千里。如今,RNAi**已经从实验室迈入临床阶段。不得不说,RNAi技术渗透到了生命科学领域的每个角落。而科学家们也不再满足于单个基因的RNAi研究,在这个高通量、讲效率的年代,基因组范围的RNAi研究才能让我们更快地了解更多新基因的功能。此外,RNAi在基因沉默上的巨大威力让它迅速成为**筛选的新宠,在**靶点基因的鉴定上发挥着重要的作用。
如何进行高通量化高内涵的RNAi筛选?这恐怕要从微孔板读数仪说起。微孔板读数仪经过不断演化,已经从检测每个孔平均信号的光电倍增管进化到了解单细胞特征的显微镜样成像系统。目前的微孔板读数仪在读板速度和提取的信息量上差异很大。有的读数仪非常快,1分钟就能捕获板上的所有信息,但它们只能测量每孔中细胞群体产生的总体信号。而另一方面,高内涵筛选成像仪为每个孔提供了丰富的数据,但是,它们的扫描速度较慢,产生很大的数据文件,不利于高通量的大规模筛选。如何做到鱼和熊掌兼得?TTPLabtech公司开发出一种独特的激光扫描微孔板细胞仪AcumenExplorer?,满足了筛选用户的急切需求。
AcumenExplorer?能够对荧光标记细胞进行快速高内涵的筛选。它可配置单色、双色或三色激光,有205nm、488nm、633nm三种激光模式可供选择,确保能与广泛的荧光探针兼容。Acumen通过大视野广角镜头以激光扫描微孔板或玻片的底部,且读取数据的速度不受板密度的影响,因此无论是24孔板还是1536孔板,每块板的分析都只需要10分钟。为了适应分析开发、分析验证和筛选科学家的不同要求,Acumen产生的数据能以3种细节层次进行收集。在分析开发模式下,Acumen收集微孔板准中每一个细胞的多维信息,为分析方法的建立提供**的数据;在高通量筛选模式中,在对所有细胞的信息分析完成后,软件仅报告所有的群体统计数据,将文件大小降低到50KB,既便于管理,也省去了购买数据存储服务器的需要。Acumen能对贴壁及悬浮细胞,活细胞和固定细胞进行筛选,与所有符合SBS(Societyfor BiomolecularScreening)标准的平板兼容。这些特征说明Acumen非常适于RNAi库的表型筛选。本文就列举了Acumen微孔板细胞仪在高通量化高内涵RNAi筛选中的应用。
I.Acumen能够快速可靠的用于细胞周期相关基因的初筛德国马普学会细胞生物学和遗传学部门的RalfKittler等专注于细胞分裂必需基因的研究,近来一篇使用Acumen用于细胞周期相关基因研究的文章发表在Nature的CellBiology上1。由于细胞分裂调节的缺陷会引发多种**,特别是白血病和其他癌症,因此,对人类细胞中细胞分裂必需基因的整体纵览不仅能加深基础生物学过程的了解,还可能为癌症带来全新的诊断和**靶点。
他们利用RNAi库进行基因组范围的整体研究。不过,他们使用的RNAi库可不是一般的siRNA,是由内切核酸酶制备的小干扰RNA,简称为esiRNA。与普通的单个siRNA对应单个基因不同,esiRNA集合了数百个针对单基因靶点的siRNA。这种新型武器能避免有效siRNA的反复筛选过程,迅速实现基因沉默,并确保脱靶效应*低。并且该方法的有效性在另一篇筛选Hela细胞增殖必须基因的研究文章中被证明过2。
为了鉴定Hela细胞中的细胞分裂基因,Kittler等使用Acumen开发出一种快速可靠的高通量DNA含量分析方法,作为细胞周期逃逸和倍体表型改变的*初检测(图1)。他们用靶定17828个基因的esiRNA库来转染384孔培养板中的细胞。72小时之后固定细胞,并用PI(PropidiumIodide)染色。随后用Acumen Explorer微孔板细胞仪进行扫描。通过分析AcumenExplorer软件生成的DNA含量直方图,定量细胞数目和subG1、G1、S、G2/M期、4N-8N和8NDNA含量细胞的百分比。之后对获得的DNA含量直方图进行打分。如果与阴性对照差异显著,就归为阳性(hit)。利用这些标准,他们找到了2146个改变细胞周期或倍体的基因。当然,筛选通常会由于实验误差而产生假阳性。而脱靶效应会让RNAi筛选的假阳性更多。为此,研究人员开发出三步的验证步骤,即通过荧光成像显微镜、流式细胞仪和时间延时摄像显微镜进一步分析。*终,利用初筛+三步验证,研究人员发现了1351个参与细胞分裂过程的基因,其中包括已经发现但还未报道与细胞周期有直接关系的882个基因,尚未被基因组数据库确定的252个基因,以及217个已经报道与细胞分裂有关的基因。而且这1351个基因中囊括了两个控制胞质分裂的进化保守的转录调控网络。
传统的使用CCD成像原理的细胞周期分析并不适用于这个分析,由于它只能获取每孔中极小部分细胞,因此在分析过程中无法使用全细胞数进行均一化,所获得的数据可靠性下降(例如由于细胞培养过程中的细胞分布不均匀的情况),Acumen的全孔扫描方法则有效的避免了这一缺陷。基于流式细胞仪的实验方法由于其实验方法的复杂性(例如,细胞需要重悬),整个实验时间可能需要7个月。而基于Acumen方法无需重悬细胞,实验周期只有7天,其中使用Acumen进行扫描和数据分析仅仅占了2.5天,并且获得了高质量的数据。而且基于模板式的分析方法避免了人工干预对实验结果的影响。可见Acumen在用于全基因组范围的高通量化高内涵RNAi筛选研究时,能够有效的提高速度和结果的可靠性。