一种用于细胞遗传学研究的小分子AIE染色体外周

作者：王韵壹、李英、熊慧卿

一种用于细胞遗传学研究的小分子AIE染色体外周探针

染色体是真核细胞遗传信息的载体。基于染色体数目、形态、结构、基因位点和其他染色体遗传物质异常的细胞遗传学分析在产前诊断、遗传疾病筛查、干细胞体外培养监测等方面发挥重要作用。核型分析和荧光原位杂交技术是细胞遗传学分析中的两项主要技术。这两种技术虽然广泛的用于细胞遗传学分析并取得了巨大的成功，但是他们在实际应用中依旧面临许多挑战如：染色体接触、重叠、甚至是染色体簇聚集导致染色体边界难以辨认和分割，着丝粒的定位不明确导致染色体类型辨识度低，基因定位不明确导致信号的丢失等。发展快速简便的可视化技术突出染色体的边框和显示着丝粒的位置，用于辅助细胞遗传学分析具有重要意义。

染色体由通常由五个部分组成，包括核染色质、染色体支架、着丝粒、端粒和染色体外围（CP）。其中，CP是覆盖有丝分裂染色体表面的类鞘结构，其主要成分是蛋白质（CPPs），可以保护染色体。同时CP作为细胞核和核仁成分的载体，以使复制的染色体平均分配给子细胞。CP也与姐妹染色单体的聚合、着丝点-微管的附着、纺锤体装置的装配和染色体分离等过程相关。CP的很多具体功能也在研究之中。目前对CP的研究主要依赖于免疫荧光标记或异位表达基因与荧光蛋白融合技术标记染色体外围上特定的蛋白。这些方法都需要复杂的操作和严格的样本处理，而且对特定染色体外围蛋白的标记可能忽略了染色体外围的整体结构及功能。开发小分子荧光探针用于CP的探索和细胞遗传学研究因而具有广阔的应用前景。目前用于CP标记的小分子荧光探针尚无报道。

近日，瑞典卡罗琳医学院（Karolinska Institutet）刘鸣炜复修医学中心陈斯杰课题组开发了首例可用于CP染色的小分子荧光探针（ID-IQ）。ID-IQ具有聚集诱导发光（AIE）的特性，在聚集状态时发出黄色荧光。

图1. 可用于染色体外围（CP）染色的小分子荧光探针ID-IQ

该探针在与Hoechst 33342对染色体进行共染色时可以发现，ID-IQ的黄色荧光信号清楚地显示了染色体的边缘，而与Hoechst 33342所标记的染色体DNA互补。经测试，该染色方法可应用于包括干细胞（人胚胎干细胞hES2和诱导多功能干细胞iPSC）、癌细胞（乳腺癌细胞MDA-MB-231和肝癌细胞HepG2）和普通细胞（HEK-293T）的CP成像。

当将其应用到细胞遗传学分析当中时，可以很好的解决核型分析过程中常见的难题，例如可以帮助分割接触或重叠的染色体，着丝粒的辨别，进而用于染色体形态鉴定，包括中间着丝粒、亚中间着丝粒、近端着丝粒等。而这些是单靠用Hoeschest33342等DNA染料染色难以实现的。

一种用于细胞遗传学研究的小分子AIE染色体外周

图2. ID-IQ标记CP用于辅助染色体分析。(A-C) 有助于重叠的染色体的分离。(D-F) 有助于区分相邻的染色体。(G-O) 有助于快速而准确的辨别染色体形态及着丝粒位置，区分不同类型的染色体，包括中间着丝粒(G-I)、亚中间着丝粒(J-L)和近端着丝粒(M-O)染色体。图中箭头指示着丝粒的位置。

ID-IQ与荧光原位杂交技术具有很好的兼容性，进一步展现了该探针在实际应用中的广阔前景。与荧光原位杂交探针共染时，若仅依据DNA染料的信号，难以判断DNA探针在染色体上相对于着丝粒的具体位置，而ID-IQ染色可以显清楚的勾勒出染色体臂的轮廓，高精度的指示着丝粒位置，进而使研究者可以精确的定位荧光原位杂交探针在染色体的相对位置。

图3. ID-IQ(黄色)、DAPI(蓝色)和A)着丝粒特异性FISH探针(红色)或(H) 4q染色体端粒FISH探针(红色)共同用于染色体染色，用于指定基因的精准定位。(B-G)和(I-N)分别给出了相应的所选染色体(白色方框)的不同通道放大图和合并后的图像。