《Science》为生命绘制三维份子图谱：新手艺让全胚胎的每个RNA在亚细胞位置“清楚可见”

荧鲜明微镜中的有限色采通道持久以来一向限制着生物样本的空间阐发。

2025年2月20日，霍华德·休斯医学研究所Zhe J. Liu团队在Science 在线颁发题为“Deep-tissue transcriptomics and subcellular imaging at high spatial resolution”的研究论文，该研究引入了轮回杂交链反映（cycleHCR）这一方式，它将多轮 DNA 编码与 HCR 相连系，以降服这一限制。cycleHCR 经由过程同一的条形码系统实现了对 RNA 和卵白质的高度多重化成像。

全胚胎转录组学成像实现了在标本深度约 310 微米规模内切确的三维基因表达和细胞命运图谱绘制。当与扩大显微镜连系利用时，cycleHCR 揭露了小鼠胚胎成纤维细胞中 10 种亚细胞布局的复杂收集。在小鼠海马切片中，多重 RNA 和卵白质成像揭露了复杂的基因表达梯度和细胞类型特异性的核布局变异。cycleHCR 为说明深组织情况中的空间调控机制供给了定量框架，具有潜伏的诊断利用价值。

理解基因表达和细胞亚布局在组织内的空间摆列体例对生物学和疾病研究相当主要。但是，传统的荧光成像受限在色彩通道，这使得没法同时可视化多种份子成份。虽然原位空间转录组学扩年夜了份子成像的能力，但它难以分辩高品貌的方针物和密集的细胞布局，且在厚样本中存在坚苦。另外，现有的方式常常需要复杂的处置步调，或在较深区域会呈现旌旗灯号丢掉的环境。为了降服这些挑战，研究人员开辟了轮回杂交链反映（cycleHCR），这是一种高度多路复用的 RNA 和卵白质成像方式，可以或许在厚组织中实现高分辩率的转录组学和细胞亚布局成像。

研究人员将 cycleHCR 利用在全部发育阶段的小鼠胚胎转录组学研究，对 E6.5-7.0 周龄胚胎中的 254 个谱系特异性基因进行了成像。经由过程整合主动化成像和计较流程，该研究实现了在约 310 微米的样本深度规模内切确的三维基因表达和细胞命运图谱绘制。单细胞基因表达数据的聚类阐发辨认出了九个分歧的细胞群体，这些群体与已知的发育谱系相对应，具有明白的空间组织。

经由过程cycleHCR 实现同一的 RNA 和卵白质成像（图源自Science ）

除转录组学以外，cycleHCR 还与扩增显微镜相连系，用在可视化小鼠胚胎成纤维细胞中的 10 种分歧的亚细胞布局。该研究不雅察到了复杂的细胞核和细胞质布局，空间分辩率获得了加强。另外，该平台还可以或许在小鼠海马切片中实现同一的多重 RNA 和卵白质成像，揭露了复杂的基因表达梯度和细胞类型特异性的核布局变异。

总之，该研究开辟了一种基在分段杂交链反映手艺的方式，该方式利用配对探针，这些探针必需同时辨认其方针才能发生阳性旌旗灯号。这类方式可以或许正确检测罕见方针和高品貌方针。它乃至可以在厚组织样本中阐扬感化，这类样本难以研究，但有助在在生物情况中不雅察细胞。利用该方式利用在揭露小鼠海马切片和完全胚胎中的特定布局和基因表达模式。cycleHCR 为说明深组织情况中的空间调控机制供给了定量框架，具有潜伏的诊断利用价值。

参考动静：https://www.science.org/doi/10.1126/science.adq2084