生物组织由许多不同类型的细胞组成，这些细胞错综复杂地组织在3D架构中。美国Vizgen公司的MERSCOPE™高分辨率显微成像分析平台，以单分子检测灵敏度和亚细胞分辨率，不仅可以研究转录本在细胞中的表达和空间分布，同时还能研究组织中细胞类型的组成、细胞跟细胞之间的空间临近以更好的揭示微环境的组成等。但是细胞的转录组不能完全反映蛋白组，因此单凭转录组研究无法完全解释细胞状态和功能。例如，在阿尔茨海默病中，异常水平的β淀粉样蛋白聚集在一起形成围绕神经细胞的斑块，这些斑块在转录水平上是无法观察到的。 翻译后蛋白质修饰可以改变蛋白质的功能而不影响基因的转录等。 因此，迫切需要一种同时分析转录组和蛋白质组的工具，以更好地了解生物系统的复杂性。近日，Vizgen公司新发布了MERSCOPE™ Protein co-detection kit，可以实现在同一次MERFISH实验中同时检测多至500种基因和多至6种蛋白质，为真正意义上的空间多组学研究提供重要的研究工具。新的实验方案允许用户可以使用自己的一抗对感兴趣的目标蛋白进行染色，使用Vizgen公司提供的寡核苷酸偶联的二抗以及gene panel的编码探针进行孵育，最后经过MERFISH成像后，蛋白质和转录本可在整个组织中以亚细胞分辨率(100nm)进行可视化。一、小鼠脑组织468个基因和5种细胞类型特异性蛋白marker同时检测
转录本和蛋白质同时检测，可以具体分析特定细胞类型或者组织区域内的基因表达谱。图1.小鼠脑组织切片进行6种细胞类型特异性蛋白marker染色。包括神经元核marker NeuN、小胶质细胞marker Iba1、少突胶质细胞和髓鞘蛋白marker MOG和MBP、内皮细胞marker CD31、星形胶质细胞marker GFAP。同时进行了468个基因的MERFISH成像。如图1所示，MERSCOPE平台上成功检测到小鼠脑组织切片上6种蛋白以及468种基因(图1A和1B);MERFISH结果表现出与Bulk seq结果高的一致性，r=0.83(图1C);单独的MERFISH结果与蛋白质同时检测的结果表现出高度一致性，r=1(图1D) ; 每种蛋白质的空间分布与先前在文献中报道的染色模式一致(图1E-J); NeuN阳性信号指示出海马区CA1子区域中锥体神经元的分布(图1E)；MBP阳性的髓鞘结构在胼胝体区域(图1K); GFAP阳性的星形胶质细胞围绕着CD31阳性的薄血管内皮细胞分布。在MBP阳性染色区域中，MERFISH gene panel中相对较少的基因在髓鞘内表达(图1L); 一些基因在NeuN阳性神经元内的亚细胞定位上显示出相似性，包括CSNK1A1，H2AFY，PEG3，PBX1，NRP1和TSPAN13（PEG3如图1M所示）; 在MBP阳性的胼胝体中，MAL和SOX10转录本表现出共定位（图1N）; CD31阳性内皮细胞与SOX18基因重叠（图1O）; 而大多数Notch1基因与GFAP标记的星形胶质细胞重叠（图1P）。 总的来说，这些结果突出了利用MERSCOPE蛋白染色试剂盒对复杂的细胞结构染色并分析形态上不同的细胞或组织区域中的基因表达的潜力。二、人结肠癌组织244个基因和5种肿瘤标志物蛋白同时检测
图2.同时检测人结肠癌组织切片中244个基因以及包括肿瘤标志物在内的5种蛋白marker并进行细胞边界染色分析。
如图2所示，Copy number在单独MERFISH与蛋白质同时染色实验中呈现出高度一致性(图2C、D)。panCK、VIM,、Tubulin、HER2和KI67的高分辨率图片显示了与预期一致的空间分布(图2E-I)；波形纤维蛋白质与VIM转录本的空间分布重叠（图2K）; MUC1和MUC2基因表达共定位，只在panCK阳性细胞中表达，并伴随EPCAM表达（图2L）;（图2M）显示了结肠组织中简单柱状上皮的典型结构。 有趣的是，发现免疫标记基因CD163和LAPTM5在波形蛋白阳性染色区的一些细胞中表达（图2N），表明肿瘤中的免疫细胞浸润。使用细胞边界染色能够更准确的分割肿瘤中的单个细胞并进行下游单细胞分析（图2J）。借助蛋白质同时染色，能够进一步注释肿瘤中的细胞类型（图2Q-T）。1.同时检测U2OS细胞130个基因和包括溶酶体、高尔基体、线粒体蛋白marker在内的6种蛋白
总之，生物系统相当复杂，Vizgen的MERSCOPE™平台为完整生物组织中实现单细胞原位空间转录组学以及蛋白质的同时检测提供了强大的工具，以获得新的生物学见解。MERSCOPE™蛋白染色试剂盒，使研究人员能够原位分析基因表达，并直接在同一组织样品中同时可视化目标蛋白。研究人员将能够更准确地表征细胞类型，状态和功能，并将病理特征与基因表达谱相关联。这种空间多组学、多维度分析将在基础生物学，诊断和治疗性开发中有广泛的应用。
参考文献：
1.Stogsdill JA, Kim K, Binan L, et al. Pyramidal neuron subtype diversity governs microglia states in the neocortex.Nature, 608, 750–756 (2022). 2. Magen A, Hamon P, Fiaschi N, et al. Intratumoral mregDC and CXCL13 T helper niches enable local differentiation of CD8 T cells following PD-1 blockade.bioRxiv(2022).
基因有限公司于2022年3月正式签约成为美国Vizgen公司MERSCOPE™多重FISH超分辨率成像分析系统在中国的总代理。负责该系统的售前技术咨询、售后安装培训、应用支持等工作。同时，我司也提供MERFISH的技术服务。如果您感兴趣，可以直接添加产品经理企业微信进行一对一沟通，也可以联系您身边的基因人。
