用于细胞内脂质超快分析的新型点击化学技术

京都大学的 Itaru Hamachi 教授、Lecturer Tomonori Tamura 和 Masaki Tsuchiya 助理教授开发了一种名为 O-ClickFC(Organelle-selective click labeling with flow cytometry)的新技术，可以非常高速地分析细胞的代谢状态细胞中的脂质。

细胞脂质的常规分析主要涉及大量收集的细胞提取物的辐射分析和质谱分析。这种方法在分析大量样品时费时费力且繁琐。需要解决这个问题，以阐明 20,000 种人类基因与脂质代谢之间的关系。在这项研究中，研究人员开发了 O-ClickFC，这是一种将活细胞中脂质的丰度和空间分布转化为简单的荧光信号信息并以超高速(每秒 10,000 个细胞)对其进行分析的技术。这是使用独特的点击反应(1)完成的，该反应可以在活细胞中用荧光染料标记脂质。通过将这项技术与“基因组编辑” (2)，可以从人类所有基因都发生突变的细胞群中筛选出脂质代谢异常的细胞，并确定致病基因。作为示范性实验，该研究小组确定了 49 个对人体脂质的主要成分磷脂酰胆碱 (PC) (3)代谢很重要的基因，并在此过程中发现了许多新基因，包括 FLVCR1。通过全面分析，发现 FLVCR1 在胆碱的摄取中发挥作用，胆碱是正常身体机能和人类健康所必需的营养素。此外，研究人员阐明了突变体 FLVCR1 的部分发病机制，它会导致遗传性神经系统疾病和胆碱摄取丧失。

多年来，代谢异常是癌症、肥胖症和糖尿病等疾病的根源，这一点已经很明显。因此，O-ClickFC 不仅可以用于分析脂质，还可以用于分析各种代谢物，如糖和氨基酸，以确定与发病机制和代谢异常相关的遗传因素，以及发现作为​​治疗靶点的候选分子。

(1) 点击反应

物质合成反应：在体内或细胞内等生理条件下，两个分子可以方便、快速、高效地结合。作为一个代表性的例子，经常使用称为叠氮化物和炔烃的两个分子的偶联反应。在该技术中，通过代谢途径将叠氮化物引入脂质中，并通过使脂质与含有炔烃的荧光染料反应来进行脂质的荧光标记。

(2)基因组编辑、CRISPR-KO筛选

遗传修饰技术：使用称为CRISPR/Cas9的高效DNA切割酶系统，可以将突变引入细胞基因组(写入所有遗传信息的DNA)并删除特定基因的功能(KO：Knockout) . CRISPR-KO 筛选使用每个细胞缺乏一个基因的细胞群(文库)，在人类基因组的情况下，大约有 20,000 个基因被靶向。通过从大约 1 亿个细胞库中选择一小部分表现出所需生物学特性的细胞，可以识别特征性基因突变。

(3) 磷脂酰胆碱(PC)

PC 是哺乳动物细胞(包括人类细胞)中脂质的主要成分。它是形成细胞膜的基础分子，参与其他类型脂质(如甘油三酯)的代谢平衡。胆碱是 PC 的来源，是一种必须通过饮食或其他方式从外部摄取的必需营养素，因为细胞无法自行产生胆碱。胆碱缺乏或 PC 合成缺陷会对细胞造成严重损害。在人类中，视网膜疾病、肌肉疾病、脂肪代谢障碍等代表一些由磷脂酰胆碱合成不良引起的遗传性疾病。

这项研究得到了 JST 在 ERATO 计划下的支持：HAMACHI 神经科学创新分子技术和 PRESTO 计划：“基于流式细胞仪的方法使用化学标记进行细胞脂质动力学的遗传解剖”研究领域的“动态超组装”生物分子系统”。

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