Only Perception: 讓科學家橫跨細胞世代控制基因活性的裝置

2008-05-03

讓科學家橫跨細胞世代控制基因活性的裝置

Device allows scientists to control gene activity across generations of cells
http://www.physorg.com/news123511055.html

February 29, 2008

正如同細胞繼承基因一樣，它們亦繼承一套指令，告訴基因何時變得活躍、在哪種組織以及該到什麼程度。現在，Rockefeller 大學研究者打造出一種裝置，透過讓科學家在積極倍增的出芽酵母細胞中開啟與關閉基因，將幫助他們比以前更精確地理解基因與蛋白如何彼此交互作用，以及這些交互作用如何驅使細胞的機能。

"稍微擾亂單一一種蛋白的富足，就能夠戲劇性地影響一個細胞的機能，" Gilles Charvin 說，一位博士後研究者，他與 Eric Siggia，理論凝態物理實驗室的首腦，以及 Frederick Cross，酵母分子遺傳實驗室的首腦一同研究。"所以，我們想要設計一種方法，在任何時間以一種受控制的蛋白質「脈衝」供應單個細胞，並觀察細胞將如何回應，" 他說。

雖然科學家已有工具追蹤個別細胞，並測量它們當中的蛋白濃度，但這種新裝置允許科學家能追蹤它們更長的時間，同時不只是要監控還控制基因的活性。有了這種精確性，該裝置能追蹤個別的細胞也能讓科學家建構系譜（pedigrees），使得從某一代細胞比較下一代細胞的基因活性成為可能。

這個裝置倚賴電子閥（electrovalves）來控制介質的流動，那穿過一根管子，接著擴散通過一種多孔膜以抵達出芽中的細胞。這些細胞則被箝制在這種膜與一種柔軟物質之間，這迫使它們往水平方向出芽而不會受到損害。

"這是重要的設計障礙，" Charvin 說。"為了要創造一種裝置，其中細胞不會移動，所以你能夠長期追蹤數百個單一細胞 -- 大約八回細胞分裂 -- 那通常會持續 12 個小時。"

為了要誘使某種基因的活化，研究者使用誘導分子，那擴散通過細胞膜並控制稱為促進子（promoters）的 DNA 片段。此分子的存在使促進子沈默，而那使基因的表現沈默；另一方面，分子的缺席，活化了促進子，而那活化基因以發動分子的生產。

利用這種原理，科學家證明他們能透過控制一種誘導分子，稱為蛋胺酸（methionine）的流動，成功地將特定基因開啟與關閉。他們觀察到，如 10 分鐘這麼短的脈衝，就能導致可被測量的、蛋白質濃度的改變。

這個小組利用這種裝置，藉由放置一種必為細胞所表現的基因，以便在蛋胺酸促進子的控制下分裂，來研究細胞週期，並證明出芽中的酵母細胞會完美與交替的（含蛋胺酸或不含蛋胺酸）介質脈衝同步。"如同奴隸，這些細胞倚賴我們賦予它們的外部脈衝來理解下一步要做什麼，Charvin 說。"我們認為這是此裝置的能力，一種相當惹人矚目的描繪。

※ 相關報導：

＊ A Microfluidic Device for Temporally Controlled Gene Expression and Long-Term Fluorescent Imaging in Unperturbed Dividing Yeast Cells
http://www.plosone.org/article/info:doi/10.1371/journal.pone.0001468