分享一篇發(fā)表在Nature Methods上的文章，題目為Molecular pixelation: spatial proteomics of single cells by sequencing。本文通訊作者均來自Pixelgen Technologies，分別為該公司的CEO，Simon Fredriksson以及CTO，Filip Karlsson。Pixelgen Technologies致力于發(fā)展空間蛋白質(zhì)組學(xué)技術(shù)，且已經(jīng)將本文所介紹的方法實(shí)現(xiàn)了商業(yè)化。
細(xì)胞表面蛋白質(zhì)的空間分布制約著免疫系統(tǒng)的重要過程，如細(xì)胞間的交流和移動(dòng)。然而，熒光顯微鏡在亞細(xì)胞水平上高通量多標(biāo)成像具有較大局限。本文中，研究人員發(fā)展了分子像素化（Molecular Pixelation，MPX）技術(shù)，利用抗體-寡核苷酸偶聯(lián)物（antibody–oligonucleotide conjugates，AOC），以高度多重的方式檢測細(xì)胞表面蛋白質(zhì)的排列。該技術(shù)無需光學(xué)設(shè)備，無需固定樣品或單細(xì)胞分隔，可在標(biāo)準(zhǔn)反應(yīng)管中進(jìn)行。
MPX技術(shù)中，主要用到AOC與DNA分子像素兩種功能分子。AOC上攜帶的寡核苷酸鏈具有如下部分：PCR引物結(jié)合序列REV；靶蛋白信息BC；獨(dú)特分子識別號UMI；通用DNA分子像素結(jié)合序列BS1。DNA分子像素為直徑小于 100 nm 的單鏈 DNA 分子，每個(gè)DNA分子像素包含若干個(gè)BS1/2的互補(bǔ)堿基序列，以及一種特征的UMI序列的連接子，稱為唯一像素標(biāo)識符（UPI）。
在MPX流程中，首先將AOC與化學(xué)固定細(xì)胞上的蛋白質(zhì)靶標(biāo)結(jié)合；隨后，加入第一輪DNA分子像素（直徑小于100 nm的單鏈DNA分子）。每個(gè)分子像素將與臨近的多個(gè)AOC雜交，雜交DNA像素的UPI序列隨后會通過填隙連接反應(yīng)被整合到AOC寡核苷酸上，從而形成鄰域，每個(gè)鄰域內(nèi)的一組AOC共享相同的UPI序列。第一組DNA像素經(jīng)酶降解后，第二組DNA像素同樣通過雜交和間隙填充連接反應(yīng)被整合到一起。然后通過PCR擴(kuò)增生成的擴(kuò)增子并進(jìn)行測序。每個(gè)獨(dú)特AOC分子的相對位置可通過兩個(gè)連續(xù)DNA像素雜交和間隙填充連接步驟產(chǎn)生的UPI鄰域重疊推斷。每個(gè)測序后的獨(dú)特分子都可表示為雙分圖中的一條邊，UPI-A和 UPI-B序列為節(jié)點(diǎn)，蛋白質(zhì)身份為邊屬性，或者表示為單模投影圖，UPI-A序列為節(jié)點(diǎn)，蛋白質(zhì)身份為節(jié)點(diǎn)屬性。數(shù)據(jù)處理和過濾后從測序樣本中生成的圖包含圖成分，這些成分可被分離成與單細(xì)胞相對應(yīng)的不同圖。蛋白質(zhì)排列的空間分析，如單個(gè)蛋白質(zhì)的聚類程度或兩個(gè)或多個(gè)蛋白質(zhì)之間的共定位，可通過詢問每個(gè)細(xì)胞圖譜上邊緣或節(jié)點(diǎn)屬性的位置來進(jìn)行。通過使用76種針對免疫細(xì)胞表面蛋白的AOC和4種對照AOC，我們證明了MPX根據(jù)外周血單核細(xì)胞（PBMC）蛋白質(zhì)豐度生成單細(xì)胞數(shù)據(jù)的能力。接下來，我們用這種方法通過 MPX 極性評分量化了每種檢測蛋白在治療抗體或使用二抗封蓋細(xì)胞后的空間聚類或極化程度。最后，研究了受趨化遷移刺激的免疫細(xì)胞中目標(biāo)蛋白質(zhì)的豐度、極性和成對共定位情況。綜上所述，本文發(fā)展了分子像素化技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了單細(xì)胞水平空間蛋白質(zhì)組學(xué)分析，系統(tǒng)揭示不同刺激條件前后蛋白豐度、蛋白分布極化、蛋白共定位的變化。原文鏈接：https://www.nature.com/articles/s41592-024-02268-9文章引用：DOI：10.1038/s41592-024-02268-9
