研究人员创建了可以记录细胞记忆的自组装蛋白
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我之前曾谈论过细胞记录器 - 具有嵌入式DNA记录功能的细胞，像CCTV一样，可以记录细胞中发生的所有内容，当研究人员试图找出当细胞“生病”或变成癌症和其他事物时出了什么问题时，它们会派上用场。当细胞执行日常功能时，它们会打开各种基因和细胞途径，现在在现场研究人员的新开发中，MIT的新发展已诱使细胞在长蛋白链中刻画这些事件的更多历史，可以使用光显微镜对这些事件进行成像。
编程以生成这些链的编程，不断添加编码特定蜂窝事件的构建块。后来，有序的蛋白质链可以用荧光分子标记并在显微镜下读取，从而使研究人员可以重建事件的时机。
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相当于能够一直在实时监视细胞的等效物，这种技术可以帮助阐明诸如人类记忆形成，细胞对药物治疗的反应和基因表达等过程的步骤。
MIT生物工程，大脑和认知科学教授Y. Eva Tan教授Edward Boyden说：“在数小时至几周内，在器官或身体尺度上发生了许多变化，无法随着时间的流逝而进行。”研究人员说，如果该技术可以扩展到更长的时间段，也可以用于研究诸如衰老和疾病进展之类的过程。
博伊登（Boyden）是该研究的高级作者，今天出现在自然生物技术中。该论文的主要作者是麦戈文学院（McGovern Institute）的前J. Douglas Tan博士后研究员Changyang Linghu，他是密歇根大学的助理教授，是该论文的主要作者。
器官等生物系统包含许多不同类型的细胞，所有细胞都具有独特的功能。研究这些功能的一种方法是对细胞内部的蛋白质，RNA或其他分子进行成像，这为细胞的作用提供了提示。但是，大多数这样做的方法仅提供一瞬间的一瞥，或者与大量细胞种群无法正常工作。
Linghu说：“生物系统通常由大量不同类型的细胞组成。例如，人脑具有860亿个细胞。”“要了解这类生物系统，我们需要在这些大细胞群体中观察到随着时间的流逝而观察生理事件。”
为了实现这一目标，研究团队提出了将细胞事件记录为一系列蛋白质亚基的想法。为了建立链条，研究人员使用了工程蛋白亚基，通常在活细胞中发现，可以自组成长丝。
研究人员设计了一种遗传编码的系统，其中这些亚基之一是在细胞内部连续产生的，而仅在发生特定事件时才生成另一个亚基。每个亚基还包含一个称为表位标签的非常短的肽 - 在这种情况下，研究人员选择了称为HA和V5的标签。这些标签中的每一个都可以与不同的荧光抗体结合，从而使以后可视化标签并确定蛋白质亚基的顺序变得易于可视化。
在这项研究中，研究人员制作了含V5的亚基的生产，该基因因激活了一个称为C-Fos的基因，该基因参与编码新记忆。标记的亚基构成了大部分链条，但是每当V5标签出现在链中时，这意味着在此期间激活了C-Fos。
Linghu说：“我们希望使用这种蛋白质自组装来记录每个单元的活性。”“这不仅是及时的快照，而且还记录过去的历史，就像树环如何随着木材的生长而随着时间的流逝而永久存储信息。”
在这项研究中，研究人员首先使用其系统记录了在实验室菜肴中生长的神经元中C-FOS的激活。C-FOS基因通过化学诱导的神经元激活而激活，这导致V5亚基添加到蛋白质链中。
为了探索这种方法是否可以在动物的大脑中起作用，研究人员对小鼠的脑细胞进行了编程，以产生蛋白质链，这些蛋白链会揭示何时将动物暴露于特定药物。后来，研究人员能够通过保留组织并用光学显微镜分析其检测到这种暴露。
研究人员还将其系统设计为模块化，因此可以将不同的表位标签换成，或者可以检测到不同类型的细胞事件，包括原理是细胞分裂或称为蛋白激酶的酶的激活，这些酶有助于控制许多细胞途径。
研究人员还希望延长他们可以实现的录音期。在这项研究中，他们在成像组织之前记录了几天的事件。可以记录的时间与事件记录的时间分辨率或事件记录的频率之间存在权衡，因为蛋白质链的长度受细胞大小的限制。
Linghu说：“它可以存储的总信息量是固定的，但是我们原则上可以减速或提高链的增长速度。”“如果我们想记录更长的时间，我们可以减慢合成，以便它可以达到内部的细胞大小，可以说是两个星期。这样，我们可以记录更长的时间，但分辨率更少。”
研究人员还在研究系统上，以便通过增加可以合并的不同亚基的数量来记录同一链中的多种类型的事件。
这项研究由Hock E. Tan和K. Lisa Yang自闭症研究中心，约翰·多尔（John Doerr），国立卫生研究院，国家科学基金会，美国陆军研究办公室和霍华德·休斯医学研究所（Howard Hughes Medical Institute）资助。