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基于双极电极阵列电致荧光成像分析单细胞表面聚糖表达

蛋白质糖基化是真核生物中最常见但最复杂的转录后修饰过程。在各种糖基化类型中,最常见的是O-糖基化。O-聚糖作为O-糖基化的产物,在调控蛋白质磷酸化、细胞分裂、转录和翻译等许多细胞过程中发挥着不可替代的作用。O-聚糖的异常表达与肿瘤的发展有关,包括黏附和侵袭。在单细胞分辨率监测O-聚糖表达水平,可以全面了解肿瘤的异质性,并可能有助于癌症患者的诊断和治疗。因此,在单细胞水平评价O-聚糖的表达具有重要意义。


近日,东南大学化学化工学院刘松琴教授(点击查看介绍)课题组报道了一个基于双极电极阵列电致荧光成像分析单细胞表面聚糖表达的新方法。结合闭合双极电极(BPE)阵列和电致荧光成像(EFC)设计了一个集成的微流控系统,用于实时监测单个活细胞表面半乳糖基的表达。以人肝癌HepG2细胞上的半乳糖基为分析模型,半乳糖氧化酶(GAO)可以选择性地将细胞表面半乳糖基上C6位置的羟基氧化为醛基,然后通过苯胺催化生物素酰肼(BH)与醛基反应生成腙配合物以引入生物素靶标。由于生物素和亲和素的特异性结合,以亲和素为桥梁,将Fc-DNA和Bio-DNA功能化的金纳米探针靶标到细胞表面的半乳糖基上以实现聚糖的位点特异性标记以及信号放大。细胞经过序列标记后,在2 μL/min 的流速下,单个细胞被捕获到阳极微通道的陷阱中,在一定的外加电压下,阳极细胞表面修饰的Fc被氧化,而阴极室中的非荧光分子刃天青则被还原,从而产生了具有高度荧光的试卤灵。

图1. 电致荧光成像检测细胞表面聚糖。


使用荧光共聚焦显微镜观察阴极报告极信号,以反映感兴趣的阳极非荧光氧化还原反应的进程。结合EFC成像和BPE实现了对单细胞表面半乳糖基的检测,计算得每个HepG2细胞表面具有5.0 × 108分子的半乳糖基表达。该平台不仅可以区分肝正常细胞和癌细胞,还可以动态监测在O-聚糖抑制剂刺激下单细胞表面半乳糖基表达,为单细胞分析提供了一种简便易行的方法。

图2. (A) 基于该方法,单个正常肝细胞 (LO2细胞) 和肝癌细胞 (HepG2细胞和Bel-7402细胞) 半乳糖的表达水平所对应的荧光强度,(插图为EFC成像图)。(B) 在苯胺存在下,用GAO和BH预处理的亲和素-FITC标记的单细胞的共聚焦荧光显微镜成像。(C) 捕获的单个HepG2细胞在未使用或使用N-聚糖抑制剂 TM (1 μg mL-1) 或O-聚糖抑制剂 BG (150 μM) 处理48 h,随后与3 U mL-1 GAO + 100 μM BH (在10 mM苯胺存在下) + 0.1 mg mL-1 亲和素 + 10 nM纳米探针依次孵育后,在2.2 V 的外加电压下,BPE阴极的荧光强度,(插图为EFC成像图)。(D) 未经过或经过N-聚糖抑制剂TM (1 μg mL-1) 或O-聚糖抑制剂BG (150 μM) 预处理 48 h,然后用3 U mL-1 GAO、100 μM BH (含10 mM苯胺) 和0.34 U mg-1亲和素-FITC依次孵育,被捕获的单个HepG2细胞的共聚焦荧光成像。


这一成果近期发表在Analytical Chemistry 上,文章的第一作者是东南大学博士研究生田召燕,通讯作者为东南大学吴亚锋副研究员和刘松琴教授。


原文(扫描或长按二维码,识别后直达原文页面,或点此查看原文):

Electrofluorochromic Imaging Analysis of Glycan Expression on Living Single Cell with Bipolar Electrode Arrays

Zhaoyan Tian, Yafeng Wu*, Fengying Shao, Dezhi Tang, Xiang Qin, Chenchen Wang, and Songqin Liu*

Anal. Chem.202193, 5114–5122, DOI: 10.1021/acs.analchem.0c04785


导师介绍

刘松琴

https://www.x-mol.com/university/faculty/19279 

课题组网站

http://liusq.science/ 


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