體內(nèi)細(xì)胞相互作用過程呈現(xiàn)高度動態(tài)，傳統(tǒng)方法難以精確捕獲。近30年來，研究者們利用傳統(tǒng)的遺傳示蹤、組織特異性基因敲除或過表達(dá)等技術(shù)，僅能對特定細(xì)胞自身進(jìn)行細(xì)胞或分子水平的操作；而如何實(shí)現(xiàn)對細(xì)胞間相互作用的描繪，依然是科研界面臨的一個巨大挑戰(zhàn)。目前，亟待建立一種新的遺傳操作技術(shù)，實(shí)現(xiàn)體內(nèi)監(jiān)測、記錄細(xì)胞之間相互作用，進(jìn)而為細(xì)胞生物學(xué)、遺傳學(xué)及再生醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域的發(fā)展提供新的強(qiáng)有力工具。

北京時間12月8日南模生物《遇見科學(xué)家》欄目，非常榮幸邀請到中國科學(xué)院分子細(xì)胞科學(xué)卓越創(chuàng)新中心周斌研究員分享一周前他在國際學(xué)術(shù)期刊Science主刊（IF:63.714）發(fā)表的最新成果”Monitoring of cell-cell communication and contact history in mammals”。

本次學(xué)術(shù)報(bào)告周斌研究員主要給大家講解他是如何建立鄰近細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)，及利用該技術(shù)如何巧妙地解決多個領(lǐng)域內(nèi)的重要科學(xué)問題。下面讓我們回顧一下報(bào)告內(nèi)容：

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周斌講解了各類鄰近細(xì)胞互作的原理以及研究的必要性，并以胚胎發(fā)育過程中產(chǎn)生Notch信號通路的心肌細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞為例，證明鄰近細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)可以在體內(nèi)將細(xì)胞接觸信息轉(zhuǎn)變?yōu)檫z傳信號。

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研究當(dāng)中他將心肌細(xì)胞作為synNotch信號發(fā)送細(xì)胞，內(nèi)皮細(xì)胞作為synNotch信號接收細(xì)胞，分別構(gòu)建了心肌細(xì)胞特異性表達(dá)synNotch配體的工具小鼠Tnnt2-mGFP，以及內(nèi)皮細(xì)胞特異表達(dá)synNotch受體的工具小鼠Cdh5-αGFP-N-tTA（Cdh5-GFP nanobody-Notch transmembrane domain-tTA）。在Tnnt2-mGFP;Cdh5-αGFP-N-tTA;tetO-nLacZ小鼠中，當(dāng)未發(fā)生細(xì)胞接觸時，synNotch受體的酶切位點(diǎn)被隱藏在特定蛋白區(qū)域內(nèi)；當(dāng)細(xì)胞相互接觸時，心肌細(xì)胞膜表面的GFP蛋白和內(nèi)皮細(xì)胞膜表面的GFP抗體特異性結(jié)合，激活synNotch信號通路，受體胞內(nèi)段的tTA進(jìn)入內(nèi)皮細(xì)胞的細(xì)胞核中并結(jié)合tetO轉(zhuǎn)錄調(diào)控序列，激活報(bào)告基因nLacZ的表達(dá)，顯示出與心肌細(xì)胞接觸的內(nèi)皮細(xì)胞，驗(yàn)證了該技術(shù)的可行性。

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但值得注意的是，當(dāng)細(xì)胞分開后，synNotch停止激活，細(xì)胞膜上的tTA將不再入核；同時，由于蛋白代謝，游離的tTA以及報(bào)告蛋白會逐漸減少，受體細(xì)胞將很快失去報(bào)告蛋白標(biāo)記。

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周斌接著講道為了實(shí)現(xiàn)體內(nèi)鄰近細(xì)胞的永久追蹤，他引入了Cre-loxP同源重組系統(tǒng)。當(dāng)Cre-loxP發(fā)生同源重組后，兩個loxP之間的終止序列被切除，報(bào)告基因可以永久性地表達(dá)。在synNotch技術(shù)中引入tetO-Cre;R26-tdT，實(shí)現(xiàn)了永久記錄細(xì)胞之間的相互作用。與tetO-nLacZ和tetO-tdT類似，tetO-Cre工具小鼠受到tTA的調(diào)控，表達(dá)出Cre重組酶。受體和配體細(xì)胞相互接觸后激活synNotch信號通路，誘導(dǎo)受體細(xì)胞表達(dá)Cre，從而使受體細(xì)胞被永久示蹤，該技術(shù)稱作鄰近細(xì)胞遺傳示蹤技術(shù)。

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由于細(xì)胞間的相互作用還與各種疾病發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)。周斌講道，他們利用新開發(fā)的鄰近細(xì)胞遺傳學(xué)技術(shù)研究了腫瘤細(xì)胞和內(nèi)皮細(xì)胞之間的相互作用。將過表達(dá)mGFP的TC-1腫瘤細(xì)胞系皮下移植到受體小鼠Cdh5-αGFP-N-tTA;tetO-Cre;R26-tdT中，觀察到幾乎全部的腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞都被標(biāo)記上tdTomato，并通過長時程追蹤發(fā)現(xiàn)，腫瘤血管內(nèi)皮細(xì)胞會遷移到腫瘤外包膜，這部分腫瘤的血管內(nèi)皮細(xì)胞仍然具有典型的轉(zhuǎn)移和浸潤、促血管生成以及炎癥反應(yīng)等特征，為腫瘤的研究治療提供了一定的理論基礎(chǔ)。

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為了拓展鄰近細(xì)胞遺傳學(xué)的應(yīng)用范圍，周斌總結(jié)道，他們構(gòu)建了由Cre重組酶誘導(dǎo)表達(dá)synNotch配體的小鼠R26-mGFP。搭配特定細(xì)胞類型的Cre小鼠品系，可以特異性地使該類型細(xì)胞表達(dá)mGFP，成為配體細(xì)胞。同時，也構(gòu)建了由Cre誘導(dǎo)表達(dá)synNotch受體的小鼠H11-αGFP-N-tTA，結(jié)合Cre小鼠使特定類型細(xì)胞表達(dá)αGFP-N-tTA，成為受體細(xì)胞。

圖：（i）小鼠胚胎中心肌細(xì)胞表達(dá)synNotch配體（綠色），內(nèi)皮細(xì)胞表達(dá)synNotch受體（紫色）。（ii-iv）新生小鼠心臟中，表達(dá)synNocth配體的心肌細(xì)胞（綠色，ii），利用鄰近細(xì)胞遺傳標(biāo)記技術(shù)捕捉實(shí)時接觸心肌細(xì)胞的內(nèi)皮細(xì)胞（藍(lán)色，iii），利用鄰近細(xì)胞遺傳示蹤技術(shù)追蹤接觸過心肌細(xì)胞的內(nèi)皮細(xì)胞（紅色，iv）。

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最后，周斌感謝南模生物為該研究提供的所有工具小鼠，包括Tnnt2-mGFP, Alb-mGFP, Cdh5-aGFP-N-tTA, R26-mGFP, Pdgfra-aGFP-N-tTA, H11-aGFP-N-tTA, tetO-Dre-BFP 和 Tigre-synNotch?小鼠等。

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課程結(jié)束后，參與直播的老師和同學(xué)們也向周斌研究員提出了自身學(xué)習(xí)和實(shí)驗(yàn)上遇到的問題，并和他進(jìn)行了深入探討，紛紛表示收獲頗豐。

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錯過直播的同學(xué)老師，可以點(diǎn)擊以下路徑觀看講座回放：

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