Moxi GO II測定細(xì)胞體積助力代謝調(diào)控不同物種發(fā)育速率的研究

不同物種間的胚胎發(fā)育過程相對保守，但發(fā)育速率卻存在較大差異，與物種的壽命、體型和其他生活史特征有關(guān)。在哺乳動物中，體型較大的物種，如人類，發(fā)育速率通常較慢，壽命更長，雖然早期小鼠胚胎和人類胚胎發(fā)育步驟相同，總體積相似，但人類胚胎的發(fā)育速率要比小鼠胚胎慢2-3倍。長期以來，人們一直認(rèn)為生化反應(yīng)速率的差異，包括蛋白質(zhì)產(chǎn)生和降解的速度，是導(dǎo)致物種特異性發(fā)育速率差異的原因之一。但是造成不同物種之間生化反應(yīng)速率差異的原因尚不清楚。

 

2023年1月份哈佛醫(yī)學(xué)院研究團(tuán)隊在《Nature》主刊發(fā)表題為“Metabolic regulation of species-specific developmental rates”的文章，對物種發(fā)育速率的代謝調(diào)節(jié)進(jìn)行研究。研究人員利用多能干細(xì)胞（PSC），建立了一套體外系統(tǒng)，重構(gòu)了小鼠和人類胚胎之間兩倍的發(fā)育速率差異，并發(fā)現(xiàn)在小鼠細(xì)胞中，代謝速率更快，同等質(zhì)量下，代謝速率與發(fā)育速率成正比，通過抑制電子傳遞鏈來降低代謝速率可以破壞細(xì)胞內(nèi)NAD+/NADH氧化還原平衡，降低總蛋白合成速率，從而降低發(fā)育速率；而過表達(dá)乳酸桿菌NADH氧化酶lbNOX可以提高翻譯速率，加快發(fā)育速率。

分節(jié)時鐘是一種在節(jié)前中胚層（PSM）細(xì)胞中運(yùn)行的分子振蕩器，在脊椎動物胚胎中控制體節(jié)形成的周期。研究團(tuán)隊利用多能干細(xì)胞（PSC）衍生的胚胎體節(jié)段（PSM）細(xì)胞建立小鼠和人類體節(jié)時鐘的模型。他們開發(fā)了一套方法，在相同條件下誘導(dǎo)小鼠和人類PSC分化為PSM，他們發(fā)現(xiàn)小鼠細(xì)胞1-2天可以完成分化，而人類細(xì)胞則需要2-3天才能完成分化，小鼠PSM細(xì)胞周期的持續(xù)時間更短，分節(jié)時鐘震蕩也更頻繁，說明小鼠和人類PSM細(xì)胞體外分化的發(fā)育速率差異大約是2倍（圖1）。
 
研究發(fā)現(xiàn)，人類PSM細(xì)胞的體積和重量大約是小鼠PSM細(xì)胞的兩倍(圖2) 。通過將代謝速率與細(xì)胞的體積或質(zhì)量進(jìn)行歸一化，發(fā)現(xiàn)小鼠細(xì)胞質(zhì)量特定的氧耗率和酸化率（ECAR）是人類細(xì)胞的兩倍。此外，小鼠細(xì)胞的葡萄糖消耗和乳酸分泌速率也顯著高于人類細(xì)胞，小鼠細(xì)胞的呼吸速率更高，線粒體膜電勢更低，因此，細(xì)胞大小和代謝物質(zhì)的差異可能是影響蛋白質(zhì)合成速率的因素。具體來說，小鼠細(xì)胞的代謝速率更高，可能導(dǎo)致蛋白質(zhì)合成速率增加。

圖2. 與人類PSM細(xì)胞相比，小鼠PSM細(xì)胞的質(zhì)量特異性代謝率升高
a. 用coulter計數(shù)器測量MSGN1-Venus+ PSM來源的小鼠和人PSM細(xì)胞的體積
 

綜上，本研究部分解釋了小鼠和人類早期胚胎階段的發(fā)育速率差異，這種種間發(fā)育速率的差異可追溯到遺傳原因，未來的研究有望實(shí)現(xiàn)從外部調(diào)控發(fā)育速率，在人類干細(xì)胞治療和體外疾病建模中具有重要應(yīng)用。

文章中研究者采用美國Orflo Technologies公司的Moxi GO II快速流式細(xì)胞儀，多次對人類和小鼠的PSM細(xì)胞進(jìn)行精確的體積測量（圖3），及將代謝速率與細(xì)胞的體積或質(zhì)量進(jìn)行歸一化處理。
 

美國Orflo Technologies公司將行業(yè)公認(rèn)的細(xì)胞計數(shù)金標(biāo)準(zhǔn)——庫爾特原理(Coulter Principle)，與熒光流式檢測技術(shù)相結(jié)合，推出的新一代快速流式細(xì)胞儀——Moxi GO II，提供超準(zhǔn)確的細(xì)胞計數(shù)、細(xì)胞活率檢測，以及超高分辨率的細(xì)胞粒徑測量。庫爾特原理對顆粒個體進(jìn)行逐個三維測量，不但能準(zhǔn)確測量顆粒的粒徑分布，更能進(jìn)行粒子絕對數(shù)目和濃度的測量。由于檢測時不受激光衍射、散射因樣本顏色或濃度變化的影響，庫爾特原理所測粒徑大小更接近真實(shí)。
 

Moxi GO II快速流式細(xì)胞儀
 

Moxi GO II快速流式細(xì)胞儀，采用庫爾特原理進(jìn)行細(xì)胞計數(shù)和粒徑測量，同時采用488nm激光光源，結(jié)合兩個PMT通道，525/45nm通道和561nm/LP（或者646nm/LP，可根據(jù)需要更換），進(jìn)行細(xì)胞活率、細(xì)胞凋亡、轉(zhuǎn)染效率、活性氧簇、線粒體膜電位等常規(guī)流式檢測。儀器設(shè)計小巧輕便，無需預(yù)熱，開機(jī)即用，預(yù)設(shè)程序，觸屏操控，運(yùn)行后10秒即可給出測試結(jié)果，使用后也無需清潔維護(hù)。無論是經(jīng)驗(yàn)豐富的流式專家，還是初試身手的實(shí)驗(yàn)小白，Moxi Go II都可以助您輕松完成實(shí)驗(yàn)。
 

美國Orflo Technologies公司是一家非常專業(yè)的細(xì)胞分析儀器研發(fā)和制造企業(yè)，擁有多項專利技術(shù)，產(chǎn)品以庫爾特原理的高精細(xì)胞計數(shù)儀和超快流式細(xì)胞儀為主。

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https://doi.org/10.1038/s41586-022-05574-4 

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