出典 "Immuno-SABER enables highly multiplexed and amplified protein imaging in tissues" Saka SK, Wang Y [..] Yin P. Nat Biotechnol. 2019-08-19; Press Release "Lighting up proteins with Immuno-SABER" Wyss Institute 2019-08-19

背景
 Peng Yin (Wyss Institute/HMS)らは、短いDNAプライマー配列を多数連結した長いコンカテマー (concatemers)の合成を可能にするPrimer Exchange Reaction (PER) [1]を開発し2017年Nature Chemistry誌に発表した。続いて、PERに蛍光標識したオリゴヌクレオチドを多重に結合し、いわばDNAを増幅器として利用することで、FISHのシグナルを大きく増幅しDNA/RNAの高感度多重検出を実現し、この手法をSignal amplification by exchange reaction (SABER) [2]として2019年5月Nature Methodsオンライン版に発表した。
注:本項と次項の[1]~[5]に対応する論文へのリンクと、関連して公表されたプレス発表および紹介ビデオへのリンクの一覧を、本記事文末に掲載しました。

概要
 Peng Yinらは今回、SABERをもとに、2014年にNature Methods誌に発表していたExchange-PAINT [3]の技術に倣い、さらに、今回共著者のEdward Boyden (MIT)らが開発したExpand Microsocply [4]を組み合わせることで、多重タンパク質 (論文では10種類まで)の同時可視化を実現するイミュノセーバー/Immuno-SABER [5]を開発し、2019年8月19日Nature Biotechnology誌オンライン版に発表した。

Immune-SABERの基本型
  • 標的タンパク質に結合する抗体をDNAバーコードで標識する。このDNAバーコードに前述のSABERコンカテマーを結合する。SABERコンカテマーに繰り返されている同一配列に対して、相補的な配列を持ち蛍光標識されたオリゴヌクレオチド (“imagers”)が結合することで、標的タンパク質に結合した抗体からのシグナルが、大きく増幅される。
  • 研究グループは、このImmune-SABERによる複数タンパク質の高感度な同時検出を、培養細胞から始まり、凍結組織切片ホルマリン固定パラフィン包埋組織切片、そしてホールマウントサンプルに至るまで、実証した。
Exchange-SABER
  • DNA-PAINT技術を多重化したExchange-PAINTに倣って、Immuno-SABERを多重化したExchange-SABERの手法を開発した。Exchange-SABERでは、標的とするタンパク質群の“imagers”セットを洗浄し他の“imagers”セットに置き換えることを繰り返す。
  • Exchange-SABERを介して、マウス網膜の凍結切片において10種類のタンパク質の可視化を実証した。
Branched SABER
  • 第1のPERで作出する直鎖状のコンカテマーと、この直鎖状コンカテマーに第2のPERを介して新たなコンカテマーを枝のように付け加えた枝分かれコンカテマー (branched SABER)とを併用することで、細胞内で希なタンパク質から豊富なタンパク質まで同時に可視化することを可能にした。すなわち、豊富なタンパク質には直鎖状コンカテマーを向け、希なタンパク質になるほど多くの枝を帯びたbranched SABERを向ける。
  • この手法によって、ヒト扁桃腺において、量も細胞局在も異なる6種類のタンパク質の同時可視化を実現した。
Expansion-SABER 
  • さらに、Exchange-SABERにExpansion Microscopy (ExM) を組み合わせることで、多重度もスループットも分解能もこれまでになく高いタンパク質のマッピングが可能になった。
[論文;プレス発表;紹介ビデオ]
  1. Primer Exchange Reaction (PER):"Programmable autonomous synthesis of single-stranded DNA" Kishi JY, Schaus TE, Gopalkrishnan N, Xuan F, Yin P. Nat Chem. 2018 Feb;10(2):155-164. Online 2017-11-06;Wyss Instituteプレス発表 2017-11-06 Autonomously growing synthetic DNA strands;紹介ビデオ(1m40s)   
  2. Signal amplification by exchange reaction (SABER):"SABER amplifies FISH: enhanced multiplexed imaging of RNA and DNA in cells and tissues" Kishi JY, Lapan SW, Beliveau BJ, West ER [..] Cepko CL, Yin P. Nat Methods 2019 Jun;16(6):533-544. Online 2019-05-20;Wyss Instituteプレス発表 2019-05-20 紹介ビデオ(2m12s) 
  3. Exchange-PAINT/DNA-PAINT:"Multiplexed 3D cellular super-resolution imaging with DNA-PAINT and Exchange-PAINT" Jungmann R, Avendaño MS, Woehrstein JB, Dai M, Shih WM, Yin P. Nat Methods. 2014 Mar;11(3):313-8. Online 2014-02-02;Wyss Instituteプレス発表 2014-02-03 Capturing ultrasharp images of multiple cell components at once.
  4. 組織内部を10-20 nmの分解能で観察可能にしたExpansion Microscopy: "Expansion microscopy" Chen F, Tillberg PW, Boyden ES. Science. 2015 Jan 30;347(6221):543-8. Online 2015-01-15;紹介ビデオ(3m13s)   
  5. イミュノセーバー(公開紹介論文):"Immuno-SABER enables highly multiplexed and amplified protein imaging in tissues" Saka SK, Wang Y [..] Yin P. Nat Biotechnol. 2019-08-19;Wyss Instituteプレス発表2019-08-19 紹介ビデオ(2m20s)
  6. [6] ライトセーバー (Lucasfilm):紹介ビデオ(3m3s) 音量に注意