高内涵细胞分析仪的细胞生物学应用——人类基因组RNAi文库筛选
Acumen eX3高内涵细胞分析仪的细胞生物学应用（一）
——人类基因组RNAi文库筛选
得益于高通量技术的广泛应用，在过去的几年里关于基因组学、蛋白组学、细胞组学等“组学”的研究都得到了空前的发展。科学家们从来没有像今天这样能够借助各种自动化仪器设备高速、高效地对复杂的生物学现象进行深入细致的分析。从以往对简单的蛋白分子间相互作用的研究，到如今对整个基因组和所有细胞信号通路调节机制的探索，高通量细胞生物学概念的产生把传统的细胞生物学研究从小规模、低效率模式提升至大规模并且精确高效的阶段。其中高内涵筛选技术就是高通量细胞生物学的一个典型的代表，结合计算机数据存储和软件分析的功能，高内涵分析平台能够大规模、自动化的进行各种细胞水平实验。
英国TTP LabTech公司推出的Acumen eX3高内涵细胞分析平台配备有405nm、488nm和633nm三种不同波长的固态激光发生器，兼容众多的荧光染料。Acumen eX3具有全孔高速成像和多重荧光分析的能力，兼有CCD成像系统和流式细胞仪的优点，能在10min内完成对微孔板（包括96、384、1536孔板）的整板扫描。目前，该平台已经成功地应用于各种细胞水平的研究，包括对人类基因组RNAi文库的筛选研究1－3，癌症相关的研究2（包括细胞周期、细胞增殖、克隆形成、细胞毒性、凋亡、细胞粘附、血管生成、蛋白激酶等），以及干细胞分化的研究3。特别值得一提的是，AcumeneX3的高质量成像优势在组织切片、动物模型（如线虫，果蝇和斑马鱼）等系统生物学研究领域也备受推崇。在过去短短的几年里，Acumen eX3已经成为科研和制药领域最为推崇的高通量细胞生物学的研究利器之一。
Acumen eX3对人类基因组RNAi文库筛选的应用
在RNAi技术突飞猛进的今天，它已经渗透到了生命科学研究领域的每个角落。而科学家们也不再满足于单个基因的RNAi研究，在这个高通量、追求效率的年代，基因组范围的RNAi研究才能让我们更快地了解更多新基因的功能。同时RNAi对基因沉默的巨大威力让它也迅速成为了药物筛选的新宠，并在药物靶点基因的鉴定上发挥着重要的作用。经过科学家的不懈努力，如今RNAi药物已经从实验室迈入临床阶段。
细胞周期调控的紊乱会引发多种疾病，特别是白血病和其他癌症。因此，对人类细胞中参与周期调控的必需基因的研究不仅能加深对基础生物学的了解，还可能为攻克癌症带来全新的诊断和治疗方法。德国马普细胞生物学和遗传学研究所Ralf Kittler教授专注于细胞周期调控相关基因的研究，近来他的一篇将Acumen eX3用于在人类基因组RNAi文库筛选细胞周期相关基因的研究成果也发表在了《Nature》上1。
为了鉴定Hela细胞中的参与细胞周期调控的基因，Kittler等在Acumen eX3平台上开发出一种快速可靠的高通量分析方法，检测基因组DNA的含量，作为细胞周期表型改变的初步检测（图1）。他们使用由内切核酸酶制备的小干扰RNA（简称为esiRNA），集合了数百个针对单基因的靶点，这避免反复筛选过程，能迅速实现基因沉默，确保脱靶效应最低。整个实验在384孔板上进行，用17,828个基因的esiRNA库来转染的细胞，72小时之后固定细胞，并用碘化丙啶（Propidium Iodide）染色，随后用Acumen eX3高内涵细胞分析仪进行扫描和分析。Acumen eX3的软件能够迅速定量细胞数目和subG1、G1、S、G2/M期、4N-8N和8N细胞的比率。
最终，研究人员发现了有1,351个参与细胞分裂过程的基因，其中包括已经发现但未报道与细胞周期有直接关系的基因882个，尚未被基因组数据库确定的基因252个，以及217个已经报道与细胞分裂有关的基因。Acumen eX3的全孔扫描方式有效避免了一般的CCD高内涵系统只能获取每孔中极小部分细胞，从而无法获得全细胞数进行均一化、数据可靠性下降的缺陷（细胞在培养过程中分布不均匀会引起检测的误差）。而流式细胞仪由于其实验方法的复杂性（细胞需要重悬），且检测速度较慢，整个实验时间可能需要7个月。而使用Acumen eX3无需重悬细胞，实验周期只有7天，其中使用Acumen eX3进行扫描和数据分析仅仅占了2.5天，并且获得了高质量的数据，模板化的分析方法避免了人工干预对实验结果的影响。
参考文献
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2. Kittler, R. et al. An endoribonuclease-prepared siRNA screen in human cells identifies genes essential for cell division.Nature 432, 1036–1040 (2004).
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