体内细胞相互作用过程呈现高度动态，传统方法难以精确捕获。近30年来，研究者们利用传统的遗传示踪、组织特异性基因敲除或过表达等技术，仅能对特定细胞自身进行细胞或分子水平的操作；而如何实现对细胞间相互作用的描绘，依然是科研界面临的一个巨大挑战。目前，亟待建立一种新的遗传操作技术，实现体内监测、记录细胞之间相互作用，进而为细胞生物学、遗传学及再生医学等领域的发展提供新的强有力工具。

北京时间12月8日南模生物《遇见科学家》栏目，非常荣幸邀请到中国科学院分子细胞科学卓越创新中心周斌研究员分享一周前他在国际学术期刊Science主刊（IF:63.714）发表的最新成果”Monitoring of cell-cell communication and contact history in mammals”。

本次学术报告周斌研究员主要给大家讲解他是如何建立邻近细胞遗传学技术，及利用该技术如何巧妙地解决多个领域内的重要科学问题。下面让我们回顾一下报告内容：

周斌讲解了各类邻近细胞互作的原理以及研究的必要性，并以胚胎发育过程中产生Notch信号通路的心肌细胞和内皮细胞为例，证明邻近细胞遗传学技术可以在体内将细胞接触信息转变为遗传信号。

研究当中他将心肌细胞作为synNotch信号发送细胞，内皮细胞作为synNotch信号接收细胞，分别构建了心肌细胞特异性表达synNotch配体的工具小鼠Tnnt2-mGFP，以及内皮细胞特异表达synNotch受体的工具小鼠Cdh5-αGFP-N-tTA（Cdh5-GFP nanobody-Notch transmembrane domain-tTA）。在Tnnt2-mGFP;Cdh5-αGFP-N-tTA;tetO-nLacZ小鼠中，当未发生细胞接触时，synNotch受体的酶切位点被隐藏在特定蛋白区域内；当细胞相互接触时，心肌细胞膜表面的GFP蛋白和内皮细胞膜表面的GFP抗体特异性结合，激活synNotch信号通路，受体胞内段的tTA进入内皮细胞的细胞核中并结合tetO转录调控序列，激活报告基因nLacZ的表达，显示出与心肌细胞接触的内皮细胞，验证了该技术的可行性。

但值得注意的是，当细胞分开后，synNotch停止激活，细胞膜上的tTA将不再入核；同时，由于蛋白代谢，游离的tTA以及报告蛋白会逐渐减少，受体细胞将很快失去报告蛋白标记。

周斌接着讲道为了实现体内邻近细胞的永久追踪，他引入了Cre-loxP同源重组系统。当Cre-loxP发生同源重组后，两个loxP之间的终止序列被切除，报告基因可以永久性地表达。在synNotch技术中引入tetO-Cre;R26-tdT，实现了永久记录细胞之间的相互作用。与tetO-nLacZ和tetO-tdT类似，tetO-Cre工具小鼠受到tTA的调控，表达出Cre重组酶。受体和配体细胞相互接触后激活synNotch信号通路，诱导受体细胞表达Cre，从而使受体细胞被永久示踪，该技术称作邻近细胞遗传示踪技术。

由于细胞间的相互作用还与各种疾病发生发展密切相关。周斌讲道，他们利用新开发的邻近细胞遗传学技术研究了肿瘤细胞和内皮细胞之间的相互作用。将过表达mGFP的TC-1肿瘤细胞系皮下移植到受体小鼠Cdh5-αGFP-N-tTA;tetO-Cre;R26-tdT中，观察到几乎全部的肿瘤血管内皮细胞都被标记上tdTomato，并通过长时程追踪发现，肿瘤血管内皮细胞会迁移到肿瘤外包膜，这部分肿瘤的血管内皮细胞仍然具有典型的转移和浸润、促血管生成以及炎症反应等特征，为肿瘤的研究治疗提供了一定的理论基础。

为了拓展邻近细胞遗传学的应用范围，周斌总结道，他们构建了由Cre重组酶诱导表达synNotch配体的小鼠R26-mGFP。搭配特定细胞类型的Cre小鼠品系，可以特异性地使该类型细胞表达mGFP，成为配体细胞。同时，也构建了由Cre诱导表达synNotch受体的小鼠H11-αGFP-N-tTA，结合Cre小鼠使特定类型细胞表达αGFP-N-tTA，成为受体细胞。

图：（i）小鼠胚胎中心肌细胞表达synNotch配体（绿色），内皮细胞表达synNotch受体（紫色）。（ii-iv）新生小鼠心脏中，表达synNocth配体的心肌细胞（绿色，ii），利用邻近细胞遗传标记技术捕捉实时接触心肌细胞的内皮细胞（蓝色，iii），利用邻近细胞遗传示踪技术追踪接触过心肌细胞的内皮细胞（红色，iv）。

最后，周斌感谢南模生物为该研究提供的所有工具小鼠，包括Tnnt2-mGFP, Alb-mGFP, Cdh5-aGFP-N-tTA, R26-mGFP, Pdgfra-aGFP-N-tTA, H11-aGFP-N-tTA, tetO-Dre-BFP 和 Tigre-synNotch 小鼠等。

课程结束后，参与直播的老师和同学们也向周斌研究员提出了自身学习和实验上遇到的问题，并和他进行了深入探讨，纷纷表示收获颇丰。

错过直播的同学老师，可以点击以下路径观看讲座回放：

https://www.bilibili.com/video/BV1tV4y1P7fv/?spm_id_from=333.999.0.0