細胞增殖示蹤技術——ProTracer的構建及應用

6月2日，來自中國科學院周斌研究組、西湖大學何靈娟研究組合作在國際學術期刊Nature Protocols 在線發表了標題為“Genetic recording of in vivo cell proliferation by ProTracer”的研究成果。該研究系統闡述了細胞增殖示蹤技術——ProTracer的構建及應用，并以肝細胞增殖的示蹤為例，詳細地介紹了如何利用ProTracer技術示蹤成體哺乳動物在器官穩態與修復再生過程中的細胞增殖。

細胞增殖是多種組織器官發育、穩態維持及修復再生過程中細胞來源的基礎。體內細胞增殖由于細胞類型以及所處的時期不同存在較大差異。此前，領域內較為常用的檢測細胞增殖的方法主要分為三類，分別是：細胞增殖標志物染色、核苷酸類似物摻入以及同位素摻入。上述方法對于檢測體內細胞增殖都具有一定的局限性：細胞增殖標志物染色方法只能檢測某個瞬間的細胞增殖狀態，核苷酸類似物可以進行長時程的摻入但是具有一定的細胞毒性，同位素摻入的檢測方法比較復雜、不便捷。此外，上述檢測方法都無法做到細胞類型特異性的細胞增殖檢測，當目的細胞的增殖速率較為緩慢時，利用上述檢測方法就容易出現目的細胞的增殖信號被其它增殖速率較快的細胞增殖信號干擾或淹沒的問題。為了解決上述問題，周斌研究組最近建立了能夠示蹤體內細胞增殖的遺傳示蹤技術——Proliferation Tracer (ProTracer),該技術實現了多個方面的突破，包括在體內長時間不間斷地示蹤細胞增殖，實現了細胞類型特異性的細胞增殖檢測以及活體檢測細胞增殖等。

研究人員詳細描述了使用ProTracer技術進行細胞增殖示蹤的技術細節，包括小鼠品系的構建、鑒定、交配策略以及細胞增殖示蹤的最終檢測方法。為了實現體內無縫隙捕捉細胞增殖，研究人員構建了一個可被誘導變成Cre的CreER小鼠品系：Ki67-Cre-rox-ER-rox (Ki67-CrexER )，其中rox是Dre同源重組酶的識別位點。當將Ki67-CrexER 小鼠與特定的DreER小鼠結合后，DreER能夠在Tamoxifen誘導后入核并識別Ki67-CrexER 中的rox位點，并發生Dre-rox同源重組反應將位于兩個rox位點之間的ER序列切割掉，從而在DreER表達的細胞中將誘導性表達的Ki67-CrexER 轉變為持續性表達的Ki67-Cre ，實現時空可控以及細胞特異性的細胞增殖的不間斷捕捉。此外，結合熒光素酶報告基因，ProTracer技術也可以實現終身無創檢測活體動物內特定細胞類型的增殖，無需處死動物。

研究人員以成體小鼠肝臟作為示例，詳細描述了對成年小鼠組織中細胞增殖的示蹤，其中包含了小鼠交配策略、tamoxifen誘導策略、小鼠損傷模型以及組織樣本分析等。研究人員利用ProTracer技術研究了肝臟在成體組織穩態及損傷再生中的肝細胞增殖，并量化了肝臟穩態以及損傷狀態下的新生肝細胞數量，發現了肝細胞增殖的區域性富集現象，揭示了成體肝臟中新生肝細胞的主要來源。該工作的發表為領域內使用ProTracer技術研究特定細胞類型的體內增殖示蹤提供了便利。

文獻來源：

https://www.nature.com/articles/s41596-023-00833-8