今天分享一篇发表在JACS上的文章：Single-Cell Profiling of Fatty Acid Uptake Using Surface-Immobilized Dendrimers，通讯作者是来自加州大学河滨分校的Min Xue教授和系统生物学研究所的Wei Wei教授。Wei教授课题组的研究方向是单细胞多组学工具等，Xue教授课题组的研究方向是化学生物学。
脂肪酸是维持细胞生长和增殖的主要能量来源之一。在癌症中存在异常的脂肪酸代谢，但其调节机制和对于治疗的意义尚不清楚。癌细胞的异质性会严重影响细胞代谢的研究。因此，代谢活动和蛋白质水平的多重单细胞分析对于研究癌症代谢有着重要意义。
为满足这一需求，作者在前期研究中曾提出单细胞条形码芯片技术（single-cell barcode chip，SCBC），以单细胞分辨率同时分析糖酵解、谷氨酰胺代谢和致癌信号。然而该技术难以应用在单细胞脂肪酸摄取的检测上，其技术挑战是：缺乏可以准确报告脂肪酸流入的合适脂肪酸替代物，并同时实现低浓度检测。为了解决这一难题，作者在本文工作中选择叠氮化修饰的脂肪酸 (FA-N3) 作为替代物，叠氮基团在化学性质上是惰性的，它的小尺寸有望于更好地模拟天然脂肪酸。基于此，本文展示了一种基于表面化学的方法，用于以单细胞分辨率检测脂肪酸摄取。
脂肪酸摄取分析设计：首先细胞摄取FA-N3然后在裂解时释放，然后通过基于表面的竞争测定来对释放的FA-N3进行定量。为了实现这样的设计，作者利用了无铜催化的叠氮化物-炔烃环加成反应，而为了提高该点击化学的反应速率，作者将反应物二苯并环辛炔（dibenzocyclooctyne，DBCO）设计成树枝状大分子，从而增加了局部的DBCO浓度以提高检测的灵敏度。通过加入Cy3 修饰的DBCO树枝状聚合物来捕获释放的 FA-N3分子，FA-N3与 淬灭剂BHQ2-N3竞争从而使得Cy3的荧光信号得以维持，最终以荧光强度来对FA-N3进行定量。为了克服紧密堆积的 DBCO 基团的疏水性，作者将树枝状聚合物与单链 DNA 寡聚体 (ssDNA) 结合，使得该树状聚合物-ssDNA偶联物可以通过 DNA 杂交固定，实现与SCBC平台的兼容。
SCBC 包括两个部分：一个两层聚二甲硅氧烷微流体装置和一个ssDNA 条形码的载玻片。该设备可以捕获和分离单个细胞，并使芯片上的细胞裂解，并且给它们加上DNA条形码，用于多重荧光检测。这一检测平台将检测限降低到了2 nM。使用这项技术，作者将 4EBP1 和 p70S6K 确定为脂肪酸代谢的潜在调节剂。此外，树状聚合物-ssDNA偶联物可以与抗体-ssDNA偶联物的混合物混合，以实现多重定量，作者将其应用于测量U87VIII 单细胞中的叠氮戊酸摄取、关键信号蛋白水平和细胞增殖标志物 (Ki67)。
总之，本文建立了一种基于树枝状聚合物的分析平台，用于分析单细胞中的脂肪酸摄取。
文章作者：MB
责任编辑：LDY
文章链接：https://pubs.acs.org/doi/10.1021/jacs.1c05103
原文引用：DOI：10.1021/jacs.1c05103
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