核轉位篩選實驗介紹

 

· 可重復性表型檢測

· 既高通量又不犧牲質量的圖像獲取

· 應用交互式預覽，大大減少分析設置時間

· 統一的統計方法使結果更準確

 

 

躁郁癥（BD）是一種高度遺傳性的心理疾病，它影響到全球大概1%的人口。1949 年鋰被第一次應用于躁郁癥，到目前為止鋰仍是治療BD 的主要藥物。然而在一半的病例中，鋰并不能起到很好的治療效果，同時此藥的毒性和副作用也值得關注。

 

目前為止人們對于鋰的治療機制還未完全了解，已知鋰會阻斷糖原合成酶激酶3 (GSK-3)的活性并激活Wnt 信號通路，后者直接或者間接地減少蛋白酶對b-catenin 的降解。我們可以利用Wnt/b-catenin 信號通路中新的蛋白以及藥理學調節分子對b-catenin 的阻斷作用來鑒別這些蛋白，這種方法是通過檢測殘留在細胞中的b-catenin 量來達到的。

 

可以通過高效系統的成像技術使這種定量技術變得簡單，從而進一步提高檢測和分析的質量。為了有助于這一研究，利用Molecular Devices 公司的高內涵成像系統基于細胞水平的檢測技術，我們已經建立了包含1856 種新蛋白的庫，這使我們能準確的通過wnt 信號通路的影響程度來檢測細胞核中b-catenin 的量。

 

U2OS 細胞可以表達融合了綠色熒光蛋白（EGFP）的人源.-catenin，我們在384 孔板中每孔加入1500 個細胞。細胞37 度培養48 小時后，加入庫中篩選的蛋白。細胞繼續培養24h然后用含5μg/mL Hoechst 33342 DNA 染料的4%多聚甲醛進行固定染核。在此基礎上，我們對庫中的活性蛋白進行了進一步的篩選，結果后面會顯示。

 

ImageXpress. Micro Widefield System 可以對目標進行高通量成像測定。采用10 倍物鏡雙波長光分別檢測EGFP 熒光和Hoechst 核染料，每孔檢測4 個位點。在每個視野中捕獲到放大10 倍超過1000 個細胞的數據，而且還可以持續的保持這種高質量的分析結果。

 

由于蛋白酶持續的降解ß-catenin，在正常表達ß-catenin-EGFP 的細胞系的胞質和胞核中我們無法觀測到綠色熒光。在這種情況下我們僅能在與殘留的鈣粘素作用的胞膜上觀察到微弱的信號（圖2，左）。如果抑制了Wnt 信號通路（例如用GSK-3ß抑制劑），在核中就會根據所用抑制劑的劑量積累對應的ß-catenin-EGFP（圖2，右）。

 

圖2 所示圖像由10 倍物鏡獲得。正常表達Wnt 蛋白，EGFP 模糊可見分散在細胞膜上，并沒有在細胞核中積累（左）。GSK-3ß處理后，EGFP 熒光轉移到核中（右）。

 

MetaXpress® 軟件中的Translocation-Enhanced 應用模塊可以被用來鑒定核中以及定量與細胞核相關的其余部分中ß-catenin-EGFP 的量（圖3）。對細胞核區間的劃分來源于被Hoechst 核染料染色的區域。然后用第二種波長的光（EGFP）將細胞劃分出新的區間，這一區間的大小和寬度可以滿足特異性的檢測。這保證了每個區間都有足夠的綠色熒光強度，如細胞核，細胞質和細胞膜都可以進行定量分析。交互式模塊隨著參數的調整可以及時的反饋信息，這也使我們能對每個特定的檢測結果進行準確分析。

 

圖3 應用Translocation-Enhanced 分析模塊，根據核染色確定核區域及細胞質區域（上）。MetaXpress 軟件支持自由調整設置參數，從而精確圈定出各組分的范圍，通過評分得到陽性或陰性結果（下）。

 

MetaXpress®軟件的Translocation-Enhanced應用模塊可以通過一系列的算法將細胞的計分標準規范化。除了檢測特定細胞區域所有檢測波長下每個細胞和圖像的平均以及總體的熒光強度，系統還可以從整個細胞區域中兩種染料的熒光強度計算出皮爾森相關系數。系數的范圍從-1（負相關）到1（完全相關）。在這個例子中，可以看到核與ß-catenin-EGFP 高度相關（圖4）。隨后，通過計算核區域和胞質平均熒光強度的比率可以得到劑量效應曲線（圖5）。檢測結果的穩定性可以通過計算z 值來評估。

 

圖4 應用Translocation-Enhanced 分析模塊，DMSO 處理的陰性對照和MG132 處理的陽性對照依據轉位情況產生蒙板，若計算出的皮爾斯系數大于0.5 被記為陽性，圖中顯示為綠色，若小于0.5 則為陰性，顯示為紅色。

 

這種通過檢測待測化合物影響相關信號通路從而干擾.-catenin 運輸的技術僅僅是高效檢測細胞間運輸情況的一個特例。即使低倍率放大，也可得到高質量圖片的技術，可以從統計意義上對相關化合物進行準確的測定。將細胞水平上的報告基因檢測技術和Molecular Devices 提供的高通量篩選技術結合在一起，實驗者就可以完美解決細胞不同區域間的蛋白運輸活動的測定。

 

圖5 濃度相關曲線如圖所示，左為陽性化合物MG132，右為樣品化合物A。根據細胞核和細胞質的平均熒光強度比值得出IC50。陽性化合物的Z 值大于0.7 說明實驗重復性好。