可长时间、多任务记录基因调控动态的工具

基因表达通过包含多种调控成分的基因调控网络进行动态调节，以实现细胞功能1。理想的分析工具需要能在同一细胞内以时空分辨率和可扩展性追踪多组分动态变化，但目前还没有这样的工具。在此，我们开发了CytoTape——一种基因编码的模块化蛋白质"记录仪"，它能对基因调控动态进行多维度、时空可扩展的连续记录，最长可达三周，且具有生理相容性，能达到单细胞、分钟级的分辨率。CytoTape采用通过计算辅助理性设计构建的柔性、线状、可伸长的细胞内蛋白质自组装结构，其技术基础是早期的XRI技术2。我们在多种哺乳动物细胞中验证了它的实用性，实现了对五种转录因子活性和基因转录活性的同时记录。CytoTape揭示出，不同的转录轨迹与转录历史和信号整合相关，而且不同的即刻早期基因（IEGs）在单个细胞内表现出复杂的时间相关性。我们进一步将CytoTape扩展为CytoTape-vivo，用于活体脑中可扩展、时空分辨的单细胞记录，能够在每只小鼠中对多达14123个跨越多个脑区的神经元，进行长达数周的多西环素和即刻早期基因启动子依赖性基因表达历史的同时记录。总之，CytoTape工具包为体外和体内细胞生理过程的可扩展、多维度分析提供了一个多功能平台。