Nature Methods：捕获来自活体组织单个细胞中的mRNA新技术

宾夕法尼亚大学的一个多学科研究小组开发一种新RNA分离法，可以不损伤周围细胞从自然组织微环境下的活细胞中分离出RNA。这使得研究人员能够分析细胞间的化学联系是如何影响个别细胞功能以及总体蛋白质生成的。相关文章发表于2014年1月12日的《Nature Methods》杂志上。



Nature Methods：捕获来自活体组织单个细胞中的mRNA新技术

组织是由各种细胞类型构成的复杂结构。每种组织类型(例如心脏、皮肤、大脑)中单个细胞的特性和功能，与哪些基因转录为RNA并最终生成蛋白质密切相关。就像生态学家在研究个别物种与它的栖息地之间的相互作用时一样，要想在自然组织环境中研究单细胞的基因表达，研究人员必须要能够检测单个细胞的内部运作。

即便是看似相同类型的细胞在分子水平上也并不相同。大多数有关基因表达变化的知识都是通过采用培养的异质细胞群开展研究所获得。研究人员怀疑从这些非自然的条件下能否推断出“真正的生物学”。利用一些工具在完整的组织中检测存在于单细胞中的RNA类型及数量，为了解哺乳动物细胞的真正运作机制，在各种疾病中的功能出错机制及最终测试新药提供了一个独特的机会。

宾夕法尼亚大学Perelman医学院药理学教授James Eberwine说：“我们的数据表明，组织微环境塑造了单个细胞的rna景观。”

研究小组将开发的这项新技术命名为体内转录组分析(transcriptome in vivo analysis， TIVA)，利用TIVA标记在光激活情况下可以捕获来自活体组织单个细胞中的mRNA。

采用这种方法，研究小组分析了小鼠和人类组织中单个神经元的基因表达情况，并将它比不同培养条件下的其他细胞进行了比较。例如，他们比较了完整脑组织和培养的神经细胞混合物中细胞内mRNA的丰度。

生物学教授Junhyong Kim和研究小组惊讶地发现，悬浮细胞相比完整组织中的细胞表达更多的基因，在缺乏来自周围细胞的有意义的化学信号情况下，这些分离的细胞好像正生成更多的RNA以应付任何可能的情况。

此外，研究小组还利用TIVA方法分离出了来自人类活体脑组织样本单个皮质神经元的mRNA并确定了其特征。

无需首先分离出人类神经元，这种TIVA方法未来有望用于阐明人类神经生物学和疾病的各个重要方面。当前该研究小组正在研发带有不同功能基团的其他TIVA标记，使得能够将多个标记放置到相同的细胞或多个细胞中，在它们的自然组织中定量及比较单细胞中不同分子的功能动态。

原文摘要：

Transcriptome in vivo analysis (TIVA) of spatially defined single cells in live tissue

Ditte Lovatt, Brittani K Ruble, Jaehee Lee, Hannah Dueck, Tae Kyung Kim, Stephen Fisher,Chantal Francis, Jennifer M Spaethling, John A Wolf, M Sean Grady, Alexandra V Ulyanova,Sean B Yeldell, Julianne C Griepenburg, Peter T Buckley, Junhyong Kim, Jai-Yoon Sul, Ivan J Dmochowski & James Eberwine

Transcriptome profiling of single cells resident in their natural microenvironment depends upon RNA capture methods that are both noninvasive and spatially precise. We engineered a transcriptome in vivo analysis (TIVA) tag, which upon photoactivation enables mRNA capture from single cells in live tissue. Using the TIVA tag in combination with RNA sequencing (RNA-seq), we analyzed transcriptome variance among single neurons in culture and in mouse and human tissue in vivo.Our data showed that the tissue microenvironment shapes the transcriptomic landscape of individual cells. The TIVA methodology is, to our knowledge, the first noninvasive approach for capturing mRNA from live single cells in their natural microenvironment.

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