生物帮在测序之前扩增组织样本可以使研究人员查明RNA分子的位置。
麻省理工学院和哈佛医学院的研究人员使用一种新颖的组织扩张技术，设计了一种方法来标记组织样本中信使RNA的各个分子，然后对该RNA进行测序。
这种方法提供了一个独特的快照，说明哪些基因在细胞的不同部位表达，并且可以使科学家更多地了解基因表达如何受到细胞位置或其与附近细胞的相互作用的影响。该技术对于将大脑或其他组织中的细胞作图并根据其功能进行分类也可能有用。
基因表达是整个生物学中最基本的过程之一，它在健康和疾病相关的所有生物学过程中都发挥着作用。但是，您不仅需要知道基因是打开还是关闭，”神经技术教授Y. Eva Tan以及麻省理工学院的生物工程，媒体艺术与科学以及脑与认知科学教授Ed Boyden说道。“您想知道基因产物的位置。您需要关心它们所处的细胞类型，它们所扮演的单个细胞，甚至它们所工作的细胞的哪些部分。”
在《科学》杂志上的一项研究中，研究人员表明，他们可以使用这种技术来定位小鼠大脑和人类肿瘤样本中的数千种不同信使RNA分子，然后对其进行测序。
该研究的资深作者是麻省理工学院麦戈文研究所和霍华德·休斯医学研究所的研究员博登。乔治·丘奇(George Church)，哈佛医学院遗传学教授;和麻省理工学院前研究科学家亚当·马布里斯通 该论文的主要作者是前MIT博士后Shahar Alon，现在是Bar-Ilan大学的高级讲师。麻省理工学院的研究生丹尼尔·古德温(Daniel Goodwin);麻省理工学院研究生Anubhav Sinha '14 MNG '15;Asmamaw Wassie '12，博士学位'19;Chen Fei '17博士，是哈佛大学干细胞与再生生物学的助理教授，也是麻省理工学院和哈佛大学广泛研究所的成员。
组织扩张
这项新的测序技术建立在博伊登(Boyden)小组在2015年设计的方法上，该方法用于 扩大组织样本 并对其成像。通过将吸水聚合物嵌入组织样本中，研究人员可以使组织样本膨胀，同时保持其整体组织完整。使用这种方法，组织可以扩大100倍或更多倍，从而使科学家可以使用常规的光学显微镜获得大脑或其他组织的超高分辨率图像。
2014年，Church的实验室开发了一种称为FISSEQ(荧光原位测序)的RNA测序技术，该技术可在实验室培养皿中生长的细胞内定位并测序数千个mRNA分子。Boyden和Church实验室决定联合起来，将组织扩展和原位RNA测序相结合，创造了一种称为扩展测序(ExSeq)的新技术。
在执行RNA测序之前扩展组织有两个主要好处：它可以更高分辨率地观察细胞中的RNA，并且可以更轻松地对这些RNA分子进行测序。“当您在扩展的样品中分离这些分子，并使它们彼此远离时，将为您提供更多的空间来实际执行原位测序的化学反应，” Marblestone说。
一旦组织扩张，研究人员就可以对样品中的数千个RNA分子进行标记和测序，其分辨率使他们不仅可以精确定位分子在细胞内的位置，而且可以在特定区域(例如树突)内精确定位-神经元的微小延伸接收其他神经元的通讯。
“我们知道RNA在这些小区域中的位置对于学习和记忆很重要，但是直到现在，我们还没有任何方法可以测量这些位置，因为它们非常小，只有纳米级，” Alon说。
使用此技术的“非靶向”版本，这意味着他们无需寻找特定的RNA序列，研究人员可以找到成千上万个不同的序列。他们估计，在给定的样本中，他们可以对所有存在的基因进行20%到50%的测序。
在小鼠海马体中，该技术产生了一些令人惊讶的结果。首先，研究人员发现含有内含子的mRNA在树突中是RNA的一部分，通常是从细胞核中的mRNA中编辑出来的。他们还发现了在树突中编码转录因子的mRNA分子，这可能有助于树突与核之间的新型通讯。
古德温说：“这些只是我们永远不会故意寻找的东西的例子，但是现在我们可以对神经元在神经元中的确切位置进行测序，我们就能探索更多的生物学。”
细胞相互作用
研究人员还表明，他们可以更有针对性地探索基因表达，寻找与目标基因相对应的特定RNA序列集。在小鼠的视觉皮层中，研究人员基于对它们表达的42种不同基因的分析，使用这种方法将神经元分为不同类型。
该技术对于分析许多其他类型的组织(例如肿瘤活检)也可能有用。在本文中，研究人员研究了乳腺癌转移，其中包含许多不同的细胞类型，包括癌细胞和免疫细胞。研究表明，这些细胞类型的行为可能取决于它们在肿瘤中的位置。例如，研究人员发现，靠近肿瘤细胞的B细胞比远离肿瘤细胞的B细胞以更高的水平表达某些炎症基因。
Sinha说：“长期以来，已经在许多不同的背景下研究了肿瘤微环境，但是很难对其进行任何深度的研究。” 癌症生物学家可以为您提供20或30个标记基因的列表，这些基因将识别组织中的大多数细胞类型。在这里，由于我们查询了样本中的297种不同的RNA转录本，因此我们可以提出并回答有关基因表达的更详细的问题。”
研究人员现在计划进一步研究癌细胞与免疫细胞之间的相互作用，以及健康和疾病状态下大脑中的基因表达。他们还计划扩展其技术，以允许他们在RNA旁边绘制其他类型的生物分子，例如蛋白质。
