iPEX技术通过扩展组织实现高精度蛋白定位

目前空间组学技术不断发展，但缺乏一种能以非靶向方式在组织中高空间分辨率和覆盖率定位蛋白质的工具。本文提出通过膨胀实现的原位成像蛋白质组学（iPEX），它将各向同性组织膨胀与基质辅助激光解吸电离（MALDI）质谱成像相结合。iPEX提供可调节至微米级的空间分辨率，并将蛋白质识别灵敏度显著提高10-100倍。以视网膜为模型，iPEX能够构建高精度的空间蛋白质组图谱，可视化单细胞层和胞外结构，并识别共定位蛋白质。iPEX易于应用于多种组织，包括脑、肠、肝和类器官，在1-5微米的有效像素尺寸下可检测600-1500种蛋白质。将iPEX应用于绘制5xFAD阿尔茨海默病模型小鼠脑内的空间蛋白质组图谱，发现了早发性线粒体异常。值得注意的是，在年轻小鼠中，过氧化物酶体乙酰辅酶A酰基转移酶ACAA1A（其N392S突变体是阿尔茨海默病的单基因风险因素）表达下调。ACAA1缺失在多种细胞环境中阻断了包括二十二碳六烯酸（DHA）在内的长链多不饱和脂肪酸的生物合成。在过表达野生型ACAA1的细胞中，这些脂质组改变得以恢复，但过表达ACAA1（N392S）的细胞则不能，这表明长链多不饱和脂肪酸的失调在神经退行性病变中起早期作用。总之，这些结果表明iPEX有助于在微米分辨率下进行非靶向空间蛋白质组学研究，适用于多种应用场景。