基于荧光激活细胞分选技术的超高通量酶活性筛选方法及其应用

基于荧光激活细胞分选(FACS)技术的超高通量酶活性筛选方法是新出现的一类高通量筛选技术.它利用流式细胞仪高灵敏度、高通量的特点,能以极高的速度(>108/天)对大容量酶基因文库进行筛选.FACS筛选技术的出现突破了常规筛选方法低效、耗时、费力等瓶颈问题,极大地提升了人类对大容量基因文库的探索能力,因此在新酶基因筛选、酶活性检测、酶定向进化等领域有广泛的应用潜力.综述了FACS超高通量酶活性筛选方法的最新研究进展,着重介绍了其在酶定向进化中的应用.

荧光激活细胞分选转基因标记斑马鱼神经元

对常规试验方法加以改进,使之适用于斑马鱼脑部荧光标记神经细胞的分选。以lhx5∶Kaede转基因株系为例,利用转基因斑马鱼脑部制备单细胞悬液进行荧光激活细胞分选(Fluorescence-activated cell sorting,FACS),获得lhx5荧光标记细胞。提取总RNA后进行基因芯片分析从而了解lhx5标记神经元的基因表达特性。结果显示,通过本流程可成功制备斑马鱼幼鱼脑部单细胞悬液,lhx5∶Kaede平均荧光阳性率为6%。提取RNA质量及总量均能满足基因芯片要求。基因芯片结果显示lhx5及其他标记分子的表达均得到了显著富集。有效地分离斑马鱼幼鱼中枢神经系统荧光标记细胞,可用于特定细胞群的基因表达谱分析。

利用荧光激活细胞分选技术获取荧光蛋白标记肾小球足细胞

目的:本实验旨在以双荧光蛋白标记的转基因小鼠为动物模型,建立适用于小鼠荧光标记足细胞的分选方法。方法:对现有的常规实验方法加以优化,在使用报告基因小鼠的前提下辅以更有效的磁珠灌注法提取肾小球,进一步制备单细胞悬液进行荧光激活细胞分选(FACS),获得绿色荧光蛋白标记足细胞。利用荧光显微镜及荧光定量PCR分析证实分选所得足细胞基因表达特性。结果:通过本实验方法可更有效制备肾小球单细胞悬液和高纯度的足细胞,每只小鼠可提取超过3×105的足细胞,占细胞总量的14.93%,质量可满足后续转录谱和蛋白组学等相关研究。结论:应用FACS技术可有效地从荧光标记小鼠中提取高纯度足细胞,为足细胞基因组学、蛋白组学水平的研究奠定基础。

携EGFP基因的逆转录病毒包装细胞的分选和滴度测定

目的探讨利用荧光激活细胞分选技术获得有效重组逆转录病毒包装细胞系的方法。方法用脂质体介导pLEGFP转染PA317细胞,用荧光显微镜观察转染结果;依据EGFP荧光利用流式细胞仪的分选技术获得多克隆和单克隆源性的包装细胞,并利用PCR、RT-PCR对其鉴定;以NIH3T3为靶细胞,对其滴度进行测定。结果荧光显微镜显示用脂质体介导的方法成功的转染PA317细胞,在4次连续流式细胞仪分选后得到了稳定表达的多克隆和单克隆源性的包装细胞。PCR和RT-PCR分别从多克隆和单克隆源性的包装细胞细胞基因组DNA以及多克隆和部分(6/8)单克隆源性的包装细胞培养上清中的重组逆转录病毒RNA中扩增出了插入的EGFP片段。滴度测定显示得到的包装细胞能够产生有效的病毒滴度。结论荧光激活细胞分选技术是获得有效病毒滴度的包装细胞的有效方法。

不同流式抗体分选小鼠原位肝癌模型中髓系来源抑制性细胞的比较

目的比较不同的流式抗体分选小鼠原位肝癌模型骨髓中的髓系来源抑制性细胞(myeloid-derived suppressor cells,MDSCs)。方法建立BALB/c小鼠原位肝癌移植模型,10d后分离荷瘤小鼠骨髓细胞,分别进行CD11b、Gr-1单色标记及CD11b和Gr-1双色标记后,进行流式分选。比较这三种方式分选的MDSCs纯度、活力,并检测分选的细胞精氨酸代谢酶1(arginase-1,Arg-1)和诱导型一氧化氮合酶(inducible nitric oxide synthase,iNOS)的表达,并通过活性氧检测试剂盒检测MDSCs活性氧(reactive oxygen species,ROS)表达。结果三种方法分选到的细胞活力和纯度都大于90%。CD11b标记进行分选操作最为方便,易于统一,但纯度略差;Gr-1标记进行分选时,细胞群不好确定,但纯度高;双色标记进行分选纯度最高。分选的细胞高表达Arg-1、iNOS和ROS。结论三种抗体标记方法均能从小鼠原位肝癌模型骨髓中的分选到纯度高、活力好的MDSCs,而用CD11b单色标记操作方便,易于统一,可作为首选方法。MDSCs的成功分选,对于后续开展MDSCs的生物学和免疫学功能研究奠定了基础。

脐带血造血干/祖细胞罗丹明123荧光染色及其意义

目的探讨人脐带血造血干/祖细胞(UCB-HSPC)罗丹明123(Rho123)荧光染色特点及其应用价值。方法采用密度梯度离心法获取脐带血单个核细胞(UCB-MNC),用含终浓度为0.1μg/mlRho123的2%胎牛血清-PBS液、37℃下孵育UCB-MNC细胞(细胞浓度为106/ml)20min,之后用Lin抗体(PE标记的CD19、CD13、CD2、CD8、CD3)及造血干/祖细胞(HSPC)标志抗体CD34-PerCP和CD38-APC标记UCB-MNC细胞,流式细胞仪分析HSPC亚群及其Rho123染色特点。结果流式细胞术检测结果表明,UCB-Lin-MNC中的HSPC比例高于MNC中约6倍;UCB-CD34+CD38+造血祖细胞(HPC)的Rho123染色平均荧光强度值为23.55±2.40,是UCB-CD34+CD38-造血干细胞(HSC)值10.22±1.03的2倍多(P<0.01)。结论UCB-Lin-MNC中富含HSPC;UCB-HSC的Rho123染料聚集能力明显低于UCB-HPC,提示Rho123拒染法可作为进一步纯化人UCB-HSC的新手段。

小鼠精原干细胞分选

目的：寻求富集小鼠精原干细胞的有效方法。方法：取6周龄雄性昆明白小鼠20只，手术制作成双侧隐睾模型，继续饲养2～3个月后，切取睾丸，用酶两步消化法制成单细胞悬液，加入FITC标记的抗α6-integrin抗体和PE标记的抗c—kit抗体冰浴20min后，利用流式细胞仅筛选出具有sidescatter^1o、α6-integrin^＋、c-kit^-特征的细胞，苔盼兰染色监测细胞活性。另取20只小鼠作为对照组，相同条件下饲养相同时间。结果：隐睾小鼠筛选出的精原干细胞占睾丸细胞总数的2．8％，95％以上的细胞具有活性。结论：利用免疫荧光激活细胞分选术能分离出大量有活性的精原干细胞。

基于流式细胞术分选的高效表达外源基因细胞的筛选

目的:以增强型绿色荧光蛋白(EGFP)作为报告基因,用流式细胞术筛选高表达EGFP的细胞,从而获得外源基因高效表达细胞株。方法:构建在EGFPC端编码区融合新霉素(neomycin)抗性基因的融合基因EGFP-Neomycin,将其插入pcDNA3.1(+)载体,构建EGFP-Neomycin融合基因表达载体pcDNAEN,转染CHO-K1细胞,G418加压筛选和倒置荧光显微镜观察证实所表达的EGFP-Neomycin融合蛋白具有新霉素抗性和激发EGFP荧光双功能;将编码组织型纤溶酶原激活剂(tPA)的cDNA插入pcDNAEN中CMV启动子下游,构建表达tPA的表达载体pcDNAEN/tPA。结果:流式细胞术分析和tPA纤维蛋白溶解活性测定表明,pcDNAEN/tPA转染CHO-K1细胞的EGFP相对荧光强度(RFT)的自然对数值与tPA表达水平呈明显的直线相关关系,相关系数为0.983;比较部分未经流式细胞仪分选的pcDNAEN/tPA转染阳性细胞克隆和RFT分布在100～1000的pcDNAEN/tPA转染阳性细胞克隆的tPA表达水平,经流式细胞术分选获得的细胞克隆的tPA平均表达水平和最高表达水平分别是未经分选获得的细胞克隆的3.9倍和4.1倍。结论:构建的EGFP-Neomycin融合基因具有双功能,建立了利用流式细胞术筛选外源基因高效表达物细胞株的方法。

利用流式细胞仪分选拟南芥根尖发育早期非根毛细胞

建立了应用流式细胞仪分选植物特定类型细胞的方法。以拟南芥(Arabidopsis thaliana)Wer::GFP转基因株系为材料,用激光共聚焦显微镜鉴定GFP的表达位置,采用酶解法制备拟南芥根尖原生质体,应用流式细胞仪荧光激活细胞分选技术(FACS)分选收集GFP阳性细胞,并提取细胞的RNA。结果表明,Wer::GFP转基因株系仅在根表皮发育早期的非根毛细胞中表达GFP;利用酶解法制备的根尖原生质体数目较多;从FACS分选收集的细胞中提取的RNA质量较好,可用于研究特定类型细胞的基因表达谱。应用流式细胞仪分选拟南芥非根毛细胞的方法为研究植物特定类型细胞的基因表达谱及基因功能奠定了技术基础。

头颈部肿瘤干细胞的表面标志物及其分选

越来越多的研究显示,头颈部肿瘤干细胞很可能是头颈部肿瘤形成、复发、转移和耐药的根源。本文就头颈部肿瘤干细胞表面特异分子标志物,头颈部肿瘤干细胞的分选等研究进展作一综述。

人肺腺癌细胞系(LAC)中SP细胞亚群的分选及其干细胞特性分析

目的:分选人肺腺癌细胞系(LAC)中SP细胞(side population cells)亚群并分析其具有的干细胞特性。方法:运用流式细胞荧光激活分选技术(FACS)分选LAC中SP细胞亚群和非SP细胞亚群,利用MTT、体外克隆形成和皮下移植瘤试验分析其体内、外增殖能力,流式细胞仪分析细胞周期及细胞分化,RT-PCR方法检测其ATP结合盒转运蛋白(ABCG2)基因的表达情况。结果:流式细胞荧光激活分选结果显示:LAC中含有约1.88%的SP细胞亚群。MTT和体外克隆形成试验表明:SP细胞亚群的体外增殖能力显著强于非SP细胞亚群。同时,裸鼠皮下接种SP细胞亚群,其体内成瘤能力也要显著强于非SP细胞亚群。流式细胞仪分析结果表明:SP细胞亚群的G0/G1期比例显著高于非SP细胞(P<0.05)。细胞分化实验结果表明:两个亚群中SP细胞比率分别为(1.46±0.08)%和(0.12±0.04)%。RT-PCR结果显示:ABCG2基因mRNA在SP细胞亚群中的表达水平是其在非SP细胞亚群中的3.3倍(P<0.05)。结论:利用LAC中SP细胞亚群具有肺癌干细胞的特性,流式细胞荧光激活分选肺腺癌SP细胞亚群可能是分离肺腺癌干细胞的有效方法。

卵巢癌肿瘤干细胞研究进展

肿瘤干细胞(TSC)是指肿瘤组织中极少数具有干细胞特性的细胞,它们具有自我更新及分化潜能,是肿瘤形成、生长和转移的基础。目前肿瘤干细胞的研究受到越来越多的关注,并在多种组织和器官的肿瘤中证实了肿瘤干细胞的存在。本文对卵巢癌肿瘤干细胞的研究现状进行了综述,提出寻找新的卵巢癌干细胞分离及鉴定方法是目前卵巢癌干细胞研究的主要任务,有效的卵巢癌细胞原代培养方法可能是实现分离及鉴定卵巢癌干细胞及其靶向治疗的关键。

胎儿胰腺来源的单克隆SP细胞具有间充质的表型特征

目的:探索一种新的人胰腺干细胞分离纯化体系,并对经这一体系所获细胞的特性进行研究.方法:首先从胎儿胰腺中分离得到胰岛样细胞簇(ICCs),进而从ICCs中得到单层上皮样细胞,并传代培养,第6代细胞通过荧光激活细胞分选(FACS)技术分选出sidepopulation(SP)细胞和非SP细胞后进行单克隆细胞培养.应用逆转录-聚合酶链反应(RT-PCR)和FACS分析,研究单克隆SP细胞的体外增殖特性和表面标志.结果:SP细胞占全部细胞的0.22%。SP细胞的克隆形成率为2.7%,而非SP细胞没有克隆形成.SP克隆能够在体外传15代以上.RT-PCR显示单克隆SP细胞可表达ATP结合盒转运子G2(ABCG2)和转录因子OCT4.FACS分析显示CD44,CDl47均为阳性,而CD34,CD38,CD45,CD71,CD133及HLA-DR均为阴性.结论:胎儿胰腺来源的单克隆SP细胞在体外具有高度的增殖潜能,并具有与骨髓间充质干细胞相同的表型特征.

单细胞分离方法及仪器研究进展

如何从复杂异质且数量众多的细胞背景中分离出具有某种特征的纯净细胞实验样本,是长期困扰生命科学和临床病理学研究者的难题。纯净无损高特异性的细胞分离方法对解析生命过程、研究病理机制、确定治疗方案、分析药物疗效具有重要的作用。综述了单细胞分离方法及分离仪器的研究进展,重点梳理荧光激活细胞分选、微流体、激光显微切割、显微操作4种方法。首先,阐述方法的工作原理和部分理论模型。其次,分析几种典型仪器的结构、研究进展及主要性能参数。最后,讨论各种单细胞分离方法的优点和局限性,并展望单细胞分离仪器的发展趋势。

FACS技术在酶定向进化中的应用

流式细胞术(flow cytometry,FCM)是一种在单细胞水平上对大量细胞进行快速、相对定量的多参数分析技术。基于FCM建立的荧光激活细胞分选术(fluorescence-activated cell sorting,FACS)可物理分离荧光标记的单细胞,目前已被广泛应用于酶定向进化领域。定向进化已被证明是获得高酶活、强热稳定性、耐溶剂性等优良性质工业酶的有效方法,其首先需通过随机突变和DNA重组等方法构建酶突变文库,随后需在人工选择压力下对突变文库进行筛选。传统筛选方法如平板法、微孔板法等,存在通量低、成本高、误差大、准确性差等局限,无法实现对大型文库的高通量筛选。相较于传统筛选方法,FACS具有高通量、耗费低、误差小、精度高等优势。本文首先总结了FCM及FACS的发展进程,以及由此衍生的相关仪器的组成和分类,随后讨论了FACS在酶定向进化中的应用现状及现阶段的应用局限性,最后总结并展望了FACS发展方向及其在酶定向进化领域的应用前景。

CRLP与DNA修复相关性的初步研究

目的探讨细胞经紫外处理后CRLP与DNA修复的相关性。方法将插入反义CRLP的pcDNA3.1/V5-His质粒用脂质体介导法转染BEL7402肝癌细胞,G418筛选获得的细胞用15J/m2的紫外作用,4h后用Annexin V—EGFP试剂处理细胞,荧光激活细胞分选法测定细胞凋亡比例。另外用RT-PCR和Northern杂交的方法检测了肿瘤细胞株和多组织中的CRLP的表达。结果转染反义CRLP质粒的细胞株经紫外处理后,统计学处理表明凋亡比率显著高于对照;该基因在所检测的肿瘤细胞株和各类组织中均有表达。结论CRLP基因的表达受到抑制以后可能通过影响细胞DNA修复能力降低细胞抗紫外杀伤的能力。

鼠外周血中转基因胎儿细胞的检测及意义

目的探讨仔鼠出生前后小鼠胎儿细胞在母鼠体内存在的情况,为应用循环于母血中的胎儿细胞进行基因诊断提供科学依据。方法将非转基因的正常母鼠和以HS2、HS3元件、β珠蛋白基因启动子指导的红系特异表达绿色荧光蛋白(GFP)基因的转基因公鼠交配,仔鼠出生前后采集母鼠的外周血用流式细胞仪检测其中表达GFP细胞的比例,并用PCR对母鼠和仔鼠的鼠尾DNA及母鼠的外周血进行检测。结果在仔鼠出生前母体外周血中未检出表达GFP的细胞,而分娩后1～3周此类细胞含量达到峰值,4～5周后将逐步消失。PCR检测证实母鼠体内没有外源GFP基因的DNA片断,但分娩后其外周血中则存在GFP基因阳性片断,这与荧光激活细胞分选仪(FACS)的检测结果一致。结论转基因细胞是一种良好的标记物,可以用来观察胎儿细胞在母体中存在的规律,为使用母体外周血进行基因诊断提供了依据。

高通量筛选系统在定向改造中的新进展

酶和细胞工厂是工业生物技术的核心,在医药、化工、食品、农业、能源等诸多领域发挥重要作用。一般天然酶和细胞均需通过分子改造提高其催化效率、稳定性及立体选择性等。定向改造为快速改善酶和细胞工厂的性能提供了可能性,其中灵敏可靠的高通量筛选方法是决定酶和细胞工厂成功高效定向改造的关键。文中阐述并分析讨论了各种筛选方法的优缺点、适用范围以及信号产生策略,并总结了近3年超高通量筛选技术在酶和细胞工厂定向改造中的最新研究进展。在此基础上,讨论了高通量筛选系统目前面临的限制性因素,并对高通量筛选方法未来的发展趋势作出了展望。希望生物技术和仪器开发等各领域的研究者能够紧密合作,实现协同发展,进一步提升高通量筛选技术的可靠性和适用性。