编译：罗睺，编辑：十九、江舜尧。
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美国加州帕萨迪纳加州理工学院化学与化学工程系Mikhail G. Shapiro等人于2019年9月27日在Science发表了题目为《Ultrasound imaging of gene expression in mammalian cells》的报道。该文章描述了声学报告基因(ARGs) 在哺乳动物细胞中的表达，以实现哺乳动物基因表达的超声成像。此外，尽管这项研究证明了克隆选择细胞系具有必不可少的mARG功能，但是mARG在原代细胞中表达，它们通过病毒载体传递至内源性细胞以及在转基因动物中的表达将极大地扩展该技术的实用性。
文章摘要
研究发生在完整生物体内部的细胞过程需要一些方法来可视化细胞功能，如深层组织中的基因表达。超声是一种广泛应用的生物医学技术，能够实现高时空分辨率的无创成像。然而，没有基因编码的分子报道可以将超声造影与哺乳动物细胞中基因表达联系起来。为了解决这个问题，研究者引入了哺乳动物的“声音报告基因”。从细菌的基因簇开始，研究者设计了一个真核生物遗传程序，它的内含子进入哺乳动物细胞导致细胞内填充的蛋白质纳米结构的表达，称为气体囊泡，产生超声造影剂。哺乳动物的声音报告基因允许细胞在体积密度低于0.5%的情况下被可视化，并可以对活体动物的基因表达进行高分辨率成像。
文中重要图片说明
（A）用于鉴定能够在哺乳动物细胞中产生气体囊泡的基因组合的瞬时共转染测定的示意图。（B）来自巨大芽孢杆菌的九个基因的示意图，其能够编码哺乳动物细胞中的气泡表达。细箭头表示CMV启动子。polyA，SV40聚腺苷酸化元件。（C）在HEK293T细胞中表达的纯化的气体囊泡的代表性TEM图像。（E）从用mARGs瞬时转染72小时的HEK293T细胞中纯化的气体囊泡的代表性TEM图像。所有比例尺代表500 nm。
图2: 基因组整合哺乳动物ARGs细胞内气体囊泡的形成、性质和无毒性。
（A）用于通过piggyBac转座酶系统将基因组整合到细胞中的mARG构建体的示意图。
（B）用（A）中的构建体转染的HEK293-tetON细胞的浮力富集的裂解液的代表性TEM图像，并针对所有三个操纵子的高表达进行了分类。
（C）用（A）中的构建体转染的HEK293-tetON细胞的荧光激活细胞分选。红色圆圈表示通过分选形成单克隆细胞系而选择的单个细胞。
（D）单克隆细胞系的选择过程，包括活力，荧光强度和囊泡产量的测定。
（E）在诱导表达72小时后，单克隆HEK293-tetON细胞表达的气体囊泡的数量。
（F）通过mARG-HEK细胞的60 nm切片的代表性TEM图像，显示了穿过细胞溶胶中两束气体囊泡的成角度的切片。
（G）从mARG-HEK细胞纯化的气体囊泡的代表性TEM图像。
（H）在mARG-HEK细胞中表达的气体囊泡的大小分布。
（I）用1μg/ml强力霉素和5 mM丁酸钠诱导后72小时，mARG-HEK和mCherry-HEK细胞的相差图像。
（J）基因表达72小时后，相对于mCherry-HEK细胞，mARG-HEK细胞的细胞存活率。
（K）在基因表达的6天中与以相同数量接种的mARG-mCherry细胞共培养的mARG-HEK细胞的分数。（B），（F），（G）中的比例尺代表500 nm；（I）中的比例尺代表20μm。
（A）基于折叠的超声成像范例的图示，该范例用于从表达mARG的细胞生成特定于气体囊泡的超声对比。（B）在入射声压的阶跃变化期间记录的代表性非线性信号，从白色阴影区域的0.27 MPa到灰色阴影区域的1.57 MPa。（C）在此超声成像范例中获得的mARG-HEK和mCherry-HEK细胞的代表性折叠和折叠后超声图像及其差异。（D）在3.2 MPa的声压条件下，用MTT法测量后的细胞存活率。（E）以mARG表达为输出的化学诱导基因的原理图。（F）用1μg/ ml强力霉素和5 mM丁酸钠诱导后，mARG-HEK细胞中代表性的超声图像和对比度测量随时间的变化（n=6个生物学重复，深色点表示平均值）。（G）mARG-HEK细胞中的代表性超声图像和对比测量值与强力霉素诱导浓度的关系。在5 mM丁酸钠的存在下，使细胞表达气体囊泡72小时。（H）在混合有不同比例的mCherry-HEK细胞的mARG-HEK细胞中的代表性超声图像和对比度测量。（I）Matrigel中的mARG-HEK细胞在声音报告基因折叠后再表达气体囊泡的原理图和有代表性的超声图像。（J）初始表达后，折叠后，重新表达后和第二次折叠后，mARG-HEK和mCherry-HEK细胞的超声对比度（n=7个生物学重复，深色点表示平均值）。GV，气体囊泡。所有比例尺代表1毫米。
（A）植入皮下肿瘤模型的小鼠的示意图，以及血管化和强力霉素诱导的报告基因表达的预期空间模式。（C）强力霉素给药4天后，含有mARG-HEK细胞的肿瘤的代表性超声图像。热色图中显示的mARG特定对比度叠加在显示背景解剖结构的解剖B模式图像上。（D）强力霉素给药4天后，含有mCherry-HEK细胞的肿瘤的代表性超声图像。（E）以1mm的间隔获取的mARG-HEK肿瘤中相邻平面的超声图像。（F）mARG-HEK肿瘤的组织学切片的代表性荧光图像。蓝色显示TO-PRO3核染色，绿色显示GFP荧光，红色显示mCherry荧光。（G）在表达4天后，分别在左右两侧植入mARG-HEK和mCherry-HEK肿瘤的小鼠的荧光图像。比例尺代表（C）至（F）1毫米；（G）1厘米。
