活細胞成像分析系統(tǒng)助力基因功能分析
為分離出某種表型或生命過程的功能基因，一方面可以從形狀入手研究基因，即基于正向遺傳學(xué)的篩選方法；也可以從基因入手反向研究相關(guān)性狀，即基于反向遺傳學(xué)的篩選方法。
基于正向遺傳學(xué)的篩選策略是指以個體或細胞的特定表型為切入點，尋找表型相對應(yīng)的基因，并揭示基因的功能。該策略的完成需要具備特異性的生物學(xué)表型，然后通過分子生物學(xué)或遺傳學(xué)方法獲得候選基因，最后對候選基因進行評價和功能驗證。具體包括傳統(tǒng)的遺傳學(xué)分析、基于DNA測序的基因突變分析、基因表達譜分析和全基因組關(guān)聯(lián)研究、高通量基因測序、表達譜分析（i基因表達譜、蛋白表達譜、micreRNA表達譜和代謝組等）和生物信息學(xué)技術(shù)等。
反向遺傳學(xué)的篩選策略是在基因組全部DNA序列信息的基礎(chǔ)上，對基因進行加工和修飾，包括點突變、基因插入、基因剔除或基因置換等，人工使得被修飾的生物體具備某些生物學(xué)特性，從中挑選該興趣的表型并鑒定相關(guān)基因，研究功能基因的結(jié)構(gòu)與功能。目前利用該技術(shù)篩選功能基因的方法眾多，主要包括cDNA文庫技術(shù)、RNAi文庫技術(shù)、反義RNA技術(shù)、CRISPR/Cas9篩選技術(shù)和插入突變技術(shù)等[1]。
生物信息學(xué)的技術(shù)僅能對基因的功能做一個大致的判斷，但在一定程度上需要我們通過實驗對推測進行驗證。目前常用的實驗方法為基因功能缺失以及基因過表達。
JuLI™ Stage活細胞成像分析系統(tǒng)助力基因功能分析
我們選取了兩篇使用JuLI Stage活細胞成像分析系統(tǒng)應(yīng)用在基因功能研究方向的代表性文章。
1. 重慶醫(yī)科大學(xué)研究團隊在《Genes & Diseases》期刊上發(fā)表一篇名為 'Cell cycle dysregulation with overexpression of KIF2C/MCAK is a critical event in nasopharyngeal carcinoma' 的文章[2]。
研究人員系統(tǒng)分析了4個獨立的鼻咽癌（NPC）轉(zhuǎn)錄組數(shù)據(jù)集，重點鑒定了鼻咽癌的關(guān)鍵分子網(wǎng)絡(luò)和新的關(guān)鍵樞紐基因。研究人員在數(shù)據(jù)集內(nèi)發(fā)現(xiàn)了170個常見的重疊差異表達基因（DEGs），并且通過GO與KEGG通路分析發(fā)現(xiàn)細胞周期失調(diào)是鼻咽癌的關(guān)鍵事件，此外還通過蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用（PPI）網(wǎng)絡(luò)分析確定了15個中心基因核心網(wǎng)絡(luò)，確定了本次研究的關(guān)鍵因子過表達驅(qū)動蛋白家族成員2C（KIF2C）。后續(xù)通過敲除KIF2C來進行實驗驗證。文中使用JuLI™ Stage實時監(jiān)測HNE-1、CNE-1（NPC細胞）生長48h，測定細胞活力與生長速率。同時，在細胞遷移試驗中使用JuLI™ Stage實時記錄細胞圖像8h并做相應(yīng)的分析。文章最后得出結(jié)論：細胞周期失調(diào)是鼻咽癌發(fā)病過程中的關(guān)鍵事件，而KIF2C是一種新型的關(guān)鍵有絲分裂樞紐基因，在鼻咽癌中具有治療潛力。
圖1. HNE-1細胞生長情況
圖2. CNE-1細胞生長情況
圖3. HNE-1、CNE-1細胞遷移
2. 紐卡斯?fàn)柎髮W(xué)研究團隊在《Cell Reports》期刊上發(fā)表一篇名為“In Vivo Cell Fate Tracing Provides No Evidence for Mesenchymal to Epithelial Transition in Adult Fallopian Tube and Uterus”的文章[3]。
研究人員利用由女性生殖道間充質(zhì)細胞標(biāo)記基因(AMHR2、CSPG4和PDGFRb)驅(qū)動的報告基因進行胚胎細胞譜系追蹤，研究間充質(zhì)細胞向上皮細胞的轉(zhuǎn)化(MET)是否參與輸卵管和子宮上皮細胞的維持、修復(fù)和癌變。使用JuLI™Stage對類器官進行成像。對輸卵管類器官與表達PDGFRb的間質(zhì)成纖維細胞共培養(yǎng)，使用JuLI™ Stage拍攝明場以及GFP熒光圖像。成像結(jié)果表明GFP表達僅限于基質(zhì)細胞。
使用JuLI™ Stage培養(yǎng) 21 天的突變輸卵管類器官的代表性明場和熒光圖像，描繪了這些類器官中 GFP 表達的缺失。
圖4. 類器官明場以及熒光圖像
參考文獻：
[1] Liu Xu, Chang De, Wang Jun-feng. Advantages, disadvantages and research progress on strategies for screening and identifying functional genes[J]. Basic & Clinical Medicine, 2022, 42(6): 969-974.
[2] Zuo X, Meng P, Bao Y, et al . Cell cycle dysregulation with overexpression of KIF2C/MCAK is a critical event in nasopharyngeal carcinoma[J]. Genes Dis. 2021 Jun 14;10(1):212-227. (IF 6.8)
[3] Ghosh A, Syed SM, Kumar M, et al. In Vivo Cell Fate Tracing Provides No Evidence for Mesenchymal to Epithelial Transition in Adult Fallopian Tube and Uterus[J]. Cell Rep. 2020 May 12;31(6):107631. (IF 8.8)
