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王萌团队开发光标记新策略 成功解析新的脂代谢调节机制

2017/10/12 来源:生物探索
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导读
如何将高通量遗传筛选方法与高分辨显微成像技术结合?这一直是一个难题。近期,美国贝勒医学院的王萌教授和团队想出了新招——不仅开发出一种光标记新策略,还成功解析了新的脂代谢调节机制。


这一研究成果发表于近期的《Nature Communications》期刊上。该研究基于光标记的高通量遗传筛选方法,通过将其和受激拉曼散射(Stimulated Raman scattering, SRS)显微镜结合,成功找到一系列影响脂类代谢和分布的突变体。更重要的是,通过深度分析这些突变体,研究人员得以了解BMP(Bone Morphogenetic Protein,骨形态生成蛋白)信号通路在调节线粒体活性和脂类氧化的新作用。

贝勒医学院终身教授王萌是文章的通讯作者,博士后研究员俞勇是第一作者。王萌团队一直致力于利用线虫等多细胞模式动物进行长寿、代谢健康领域的相关研究。

解决难题:开发光标记新策略

多年来,科学家们利用低分辨率的体视镜,在多细胞模式生物中发现了多种调节生物发育、生理和行为的基因。然而,许多精细的细胞和亚细胞的表型只有借助高分辨率、高灵敏度的显微镜才能观察入微、有所成效。

面对这一难题,现在,王萌教授和团队开发了一种光标记(photo-highlightling)新策略。具体而言,他们在秀丽隐杆线虫(C.elegans)体内表达一种可以在405 nm的紫外光照射下由绿色荧光转变为红色荧光的荧光蛋白mEosFP,在遗传筛选中,当发现有趣的细胞表型时,通过将 405 nm激光照射在候选突变体上,可以将mEosFP荧光蛋白由绿色转变为红色,这样被标记为红色的候选突变体可以很容易地在荧光体视镜下被挑选出来。

这个新方法就如同读书时用荧光笔将重点字句标记,它能够大大提高筛选效率,广泛应用于各种荧光和非荧光高分辨率显微镜系统。”王萌教授解释道。

创新思路:寻找脂代谢调节机制


光标记和SRS成像技术筛选突变线虫(图片来源:文献)

更重要的是,王萌团队将这个新方法和受激拉曼散射(Stimulated Raman scattering, SRS)成像相结合,用于寻找新的脂代谢调节机制

通过对遗传诱变后的线虫进行大规模的筛选,他们找到了 57个体内脂肪含量或者脂肪分布有别于正常线虫的突变体。其中有一类突变线虫体内含有较少的脂肪,研究团队发现这与线虫BMP(Bone Morphogenetic Protein,骨形态生成蛋白)信号通路中发生突变有关。在进一步的机制研究中,他们发现:1)BMP通路突变对脂类合成没有影响,但加速了脂降解速度;2)BMP突变体中,参与线粒体脂肪酸ß氧化的基因表达量上调,但是参与脂类代谢的其他通路基因的表达水平不变;3)BMP通路突变促进线粒体融合。

最后,研究证实,在BMP突变体中,线粒体脂肪酸ß氧化升高和线粒体融合,这两者对于促进脂降解是必须的。

“我们开发了一个全新的光标记方法,将其与高通量遗传筛选方法结合,最终发现了一系列脂代谢和脂分布异常的突变体,包括BMP突变体,对它们的进一步研究有助于我们揭示更多的脂代谢和脂分布的调节机制。”余勇博士总结道。

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