用锌指抓住细胞和组织

一种名为锌指的独特命名分子在过去几年中经常出现在新闻中。锌指是在人类和动物细胞中发现的蛋白质，它们使用锌原子来保持其同名的“手指”形状。它们与特定的DNA序列结合，这使得锌指非常适合靶向基因和基因组的其他部分。它们已成为某些疾病治疗的潜在工具，因为它们可以靶向有缺陷的基因拷贝。

本月的Genome Advance of the Month描述了锌指的新用途，以提高研究人员研究单细胞过程和较大细胞群之间相互作用的能力。

来自哈佛医学院George Church博士实验室的Prashant Mali博士和John Aach博士研究了锌指和DNA的相互作用。他们注意到锌指和DNA都是高度可定制的，它们之间产生了无数的组合。这导致他们探索使用锌指来使用细胞和其他大分子来创造结构。

他们的研究小组设计了锌指，可以在活细胞表面表达。这些“表面锌指”(sZF)从细胞膜突出，使得周围溶液中的DNA与它们结合。每个sZF的靶DNA可以进行荧光标记，以便在特殊的显微镜下可以看到任何与锌指结合的DNA。由于锌指显示出特异性结合特性，因此它们作为它们所附着的细胞的独特“条形码”。Mali博士及其同事表明，可以使用荧光标记的DNA探针分离和观察具有不同锌指标记的细胞混合物。

然后，该团队设计了一种方法，仅使用三种颜色的荧光标记可视化大量细胞类型。在第一个荧光标记的DNA探针与锌指结合后，另外两个DNA探针与第一个探针结合。这两种探针中的第一种是阻断初始探针荧光的“猝灭剂”。第二探针用不同颜色荧光标记。通过观察颜色过渡，可以仅用三种颜色识别六个单元。重复猝灭序列并添加新的荧光DNA探针允许越来越多的细胞可视化。

在成功标记细胞后，该团队寻找其他锌指应用。

他们发现的第一个潜在功能是使用锌指来报告内部细胞状况。研究人员用DNA工程化感染细胞，只有在特定分子存在的情况下才能产生锌指。他们通过寻找表面锌指而不是毒素本身来寻找分子(如毒素)的存在。他们用抗生素四环素和cumate(一种小分子)测试了这一点，并且很容易检测到所产生的锌指。该应用可以帮助科学家根据锌指的外观跟踪何时生成特定分子，从而研究不同的分子途径。

他们考虑的第二种用途是使用表面锌指作为分子手柄来捕获特定细胞。研究人员采用标记和未标记细胞的混合物，并用靶DNA链覆盖的磁珠孵育它们。收集珠子并洗涤后，表达锌指的细胞仍附着在珠子上。这将允许更容易地分离特定细胞类型。

第三，研究小组表明锌指可以帮助将外源DNA输送到细胞中。科学家经常使用病毒感染外来DNA细胞进行遗传学研究，但这种感染的成功程度各不相同。这些研究人员表明，表达锌指的细胞更容易被锌指靶DNA中包被的病毒感染，而不是没有靶DNA的病毒感染。这可以帮助细胞靶向，特别是当感兴趣的细胞与其他细胞类型混合时。

但是，锌指的全部潜力可能尚未被挖掘。

“这种新方法的一个有趣的潜在用途是产生特定细胞类型的空间排列以”构建“人造组织和器官，”NHGRI基因组科学部门主任，技术开发项目主任Jeffery Schloss博士说。协调。

然而，人体组织可能难以获得和准备，因为它需要有意愿的捐赠者。使用锌指，科学家可以通过组合单个细胞来创建组织进行测试。科学家可以使用诱导多能干细胞(iPSCs)产生特定组织或器官的不同细胞类型。这些由人体组织细胞产生的干细胞可以产生任何其他细胞类型。然后，不同的细胞类型将获得他们自己独特的锌指条形码。然后科学家可以通过将DNA探针放置在他们想要特定细胞类型锚定的位置来创建分子“数字绘画”图像。这可以在平坦表面上或在三维框架中完成。

“所得到的人造组织可用于测试候选药物的效果，”Schloss博士补充说。

这项工作代表了理解细胞和组织如何工作以及开发更易于研究的模型的潜在重要一步。随着这项技术和其他类似方法的开发，研究人员可能能够生成用于研究和医疗保健的组织。

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