A Single-Organelle Optical Omics Platform for Cell Science and Biomarker Discovery

细胞器 生物标志物发现 计算生物学 化学 高尔基体 蛋白质组 内质网 蛋白质组学 细胞 生物 生物化学 基因
作者
Artem Pliss,Andrey N. Kuzmin,Adrian Lita,Rahul Kumar,Orieta Celiku,G. Ekin Atilla‐Gokcumen,Ömer Gökçümen,Dhyan Chandra,Mioara Larion,Paras N. Prasad
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:93 (23): 8281-8290 被引量:13
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.1c01131
摘要

Research in fundamental cell biology and pathology could be revolutionized by developing the capacity for quantitative molecular analysis of subcellular structures. To that end, we introduce the Ramanomics platform, based on confocal Raman microspectrometry coupled to a biomolecular component analysis algorithm, which together enable us to molecularly profile single organelles in a live-cell environment. This emerging omics approach categorizes the entire molecular makeup of a sample into about a dozen of general classes and subclasses of biomolecules and quantifies their amounts in submicrometer volumes. A major contribution of our study is an attempt to bridge Raman spectrometry with big-data analysis in order to identify complex patterns of biomolecules in a single cellular organelle and leverage discovery of disease biomarkers. Our data reveal significant variations in organellar composition between different cell lines. We also demonstrate the merits of Ramanomics for identifying diseased cells by using prostate cancer as an example. We report large-scale molecular transformations in the mitochondria, Golgi apparatus, and endoplasmic reticulum that accompany the development of prostate cancer. Based on these findings, we propose that Ramanomics datasets in distinct organelles constitute signatures of cellular metabolism in healthy and diseased states.

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