Science Advances：一種新的單細胞空間蛋白質組學成像技術
人體細胞表達的蛋白質種類超過幾萬種，而不同的蛋白質在細胞的定位也不一樣。蛋白質亞細胞定位還會涉及到細胞功能異常和疾病。而空間蛋白質組學正是研究蛋白質在亞細胞上的定位、表達及其在亞細胞水平上的動力學，屬于蛋白質組學的研究范疇。目前研究空間蛋白質組學分析的方法主要有兩種：基于細胞器分離的質譜法和基于成像的蛋白質定位方法。
近期上海同濟大學的朱小立研究團隊在國際期刊Science Advances 發表題為“Computer-aided design of reversible hybridization chain reaction(CAD-HCR) enables multiplexed single-cell spatial proteomics imaging”的研究文章，該研究報告了一種高靈敏度和多重成像的空間蛋白質組學技術。
雜交鏈式反應（HCR）是一種公認的穩健的擴增系統，并已應用于各種生物標志物分子的擴增檢測。本研究開發一種可逆HCR，將HCR與DNA交換技術相結合，并利用計算機輔助設計（CAD）技術，通過與免疫識別相結合，可逆的CAD-HCR有望用于空間蛋白質組學分析。
A：傳統的HCR示意圖；B：Gapped HCR和Tailed HCR具體的鏈組成；C：Gapped HCR和Tailed HCR組裝和去組裝的過程示意圖；D：計算機輔助設計（CAD）的規則和設計出的部分數據庫；E：CAD-HCR在單細胞中進行多重靶蛋白分析的流程圖。
研究人員通過多種實驗對CAD-HCR的應用進行驗證。使用熒光染料修飾HCR的發夾結構以驗證擴增效果，結果顯示擴增效果比未擴增的情況下增強約65倍，并且與常規免疫熒光相近，有利于后續成像。目的蛋白表達改變時，可逆HCR的蛋白豐度與熒光強度呈正相關，表明可逆CHR可用于目標蛋白的半定量分析。
文章還對可逆HCR循環成像能力進行研究。在10個循環內，成像結果幾乎相同，說明在不影響細胞形態的情況下實現染色和脫色循環。循環期間信號穩定輸出，證明一抗的抗原性和引發劑的雜交能力也未受影響。可逆HCR解決了傳統免疫熒光技術無法實現的熒光光譜重疊的問題，提供樣品重復使用性，具有重要價值。
最后研究人員使用可逆HCR對分布在單個細胞內不同亞細胞位置的9種蛋白質進行多重成像分析。結果顯示9種蛋白質的分布與其理論亞細胞定位一致，并且能夠很好的共定位，說明可逆HCR在亞細胞上的空間定位具有高精度，可用于單細胞蛋白質組學成像。
總之，結合CAD技術，研究團隊開發了一種可循環和可逆的HCR技術，這種創新的HCR系統成功地應用于單細胞水平的空間蛋白質組學的敏感成像分析，目標蛋白的半定量和亞細胞定位可通過常規的激光共聚焦顯微鏡實現，可廣泛用于大多數實驗室，在臨床診斷和生物醫學研究中具有更大的應用潛力。
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