学术交流 | 斯坦福大学王桂萍博士来访交流
by 周鹏程 | 2023-02-21
2023年2月7日上午，应深圳理工大学（筹）生命健康学院周鹏程助理教授邀请，斯坦福大学王桂萍博士来访交流，并在中国科学院深圳先进技术研究院D603会议室为师生们带来题为Visualize Molecular Organization in Cells 的专题报告。
周鹏程助理教授介绍王桂萍博士
细胞质中密密麻麻地分布着不同种类的大分子。细胞中每立方微米的空间，可以有超过一百万个蛋白质分子，以及数百个RNA分子。光学成像具有非常高的分子灵敏度和特异性，但在研究复杂的分子组织时，其性能可能受多色成像能力和光学拥挤（optical crowding）影响而下降。为了应对这些挑战，庄小威课题组开发了一项可在单细胞水平上实现空间分辨的高度多重化RNA分析技术“MERFISH”（Multiplexed Error-Robust Fluorescence In Situ Hybridization）。MERFISH是近年来颇受关注的一种单分子RNA荧光原位杂交技术，可以鉴定单个细胞中超过数千种RNA的拷贝数和空间定位。它利用组合标签、连续成像等技术来提高检测通量，并通过二进制条形码增加容错率来提升准确率。
王桂萍博士作报告中
王博士首先介绍了MERFISH技术的发展历程。2015年发表的第一代技术可通过多轮染色，对140至1000个基因实现原位标记，但受到通量较低、缺乏蛋白质标记特异性等限制。2016年王博士与同事发表的第二代技术，通量得到了大量提升，每天可完成超过5万个细胞的染色。2018年，王博士与同事将MERFISH技术与样本膨胀方法结合，通过扩大RNA目标之间的距离，可以降低细胞内分子拥挤以提升检测到的分子数量；这超过十倍地提升了检测高丰度RNA文库的能力，也能与免疫荧光成像相结合，大大扩展了MERFISH的应用范围。
随后，王博士介绍了她和团队应用该技术在神经元上进行的探索。作为一种高度极化的细胞，神经元具有复杂的神经元突起形态。树突和轴突中RNA的空间组织和局部翻译在许多神经元功能中起着重要的作用。因此，对细胞内空间转录组进行系统的、定量的和高分辨率的表征，对于理解各种神经元功能至关重要。王博士团队利用MERFISH技术，在基因组规模上对单个神经元内的RNA进行了超分辨率空间分析，并在从亚微米到毫米的多个尺度上绘制了多达约4,200 种RNA的空间分布图谱。该数据集生成了定量的神经元内RNA图谱，在胞体、树突和轴突中具有不同的转录组组成，并揭示了RNA的不同亚树突分布模式。此外，他们还确定了在亚微米尺度上表现出特定的转录本空间聚类的基因，这些转录本依赖于蛋白质的合成，并对突触活动有不同的依赖性。这些数据为以高空间分辨率描述神经元转录组的亚细胞组织提供了丰富的资源。
最后，王博士介绍了她和合作者团队在轴突变性（axon degeneration）现象上的探索。轴突变性在发育过程中塑造神经元连接模式，也是几种神经退行性疾病的早期标志。目前的进展多集中于确定驱动轴突断裂的效应机制方面，而对启动该过程的上游信号通路研究较少。团队研究了基于肌动蛋白-血影蛋白的（actin-spectrin-based）膜相关周期性骨架（Membrane-associated Periodic Skeleton, MPS），以及操纵肌动蛋白和血影蛋白对感觉轴突变性的影响。研究表明，小鼠感觉神经元的营养剥夺（TD）会导致轴突MPS的快速解体，这发生在蛋白质丢失之前，并且与caspase活化无关。肌动蛋白不稳定将启动退化所需的 TD 相关逆行信号，而肌动蛋白稳定可防止TD期间的MPS分解和逆行信号。βII-spectrin（MPS的关键组成部分）的耗尽会抑制逆行信号，并保护轴突免于退化。这些数据证明了 MPS 的结构可塑性，并表明其在轴突变性早期步骤中的潜在作用。
报告结束后，参会专家们与王博士进行了热烈的讨论，探讨技术细节与未来潜在合作方向。
-报告人介绍-
王桂萍 博士
斯坦福大学
王桂萍博士于中国科学技术大学获得物理学学士学位，于哈佛大学获得化学博士学位。博士期间，王博士在庄小威课题组利用先进的光学成像方法研究细胞中的RNA和蛋白质组织。2021年至今，王博士于斯坦福大学开展博士后研究工作，由Howard Y.Chang和Wiliamn J. Greenleaf共同指导，继续开发研究 lncRNA 相互作用和染色体外环状 DNA 的机制。