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Nature:干涉测量光激活定位显微技术(iPALM)发现细胞粘着斑蛋

发布时间:2020-08-27 05:41 作者:亚美ag旗舰下载

  来自美国国立卫生研究院,霍德华休斯医学院,佛罗里达州立大学等处的研究人员利用一种称为干涉测量光激活定位显微技术(iPALM,interferometric photoactivated localization microscopy)的方法,发现了细胞粘着斑(focal adhesion)蛋白的显微结构,从而为理解这一重要的蛋白结构,以及分析蛋白功能提供了新的信息。这一研究成果公布在Nature杂志封面上。

  这项研究由物理学家与生物学家共同完成,是高分辨率显微镜技术发展的又一成果。近年来随着各项工具方法的发展,尤其是物理学界接二连三出现的重大科研进展,显微技术发展迅速:2008年,本文的作者之一Harald F. Hess与另外一位研究人员利用一部在自家客厅组装的光学显微镜发展出一套光敏定位显微镜:PALM观察细胞中个别蛋白质分子的位置,从而达到了电子显微镜的分辨率,这是高分辨率显微技术发展的一个里程碑。

  传统光学显微镜受限于光的波长,对于200nm以下的小东西只能摇头兴叹。虽然电子显微镜可以达到奈米级的分辨率,但通电的结果容易造成样品的破坏,因此能观测的样本也相当有限。分子生物学家虽然可以做到把若干想观察的蛋白质贴上荧光卷标,但这些蛋白质还是经常挤在一块,在显微镜下分不出谁是谁。

  光敏定位显微镜:PALM可以用来观察纳米级生物,相较于电子显微镜有更清晰的对比度,如果给不同蛋白接上不同的荧光标记,就能用来进一步研究蛋白质间的相互作用。

  这几年高分辨率荧光显微镜跨越了一大步,使得研究者可以从纳米级观测细胞突起的伸展,从而宣告200—750纳米大小范围的模糊团块的时代结束了。最新的这篇文章就是这一技术的新进步,这种iPALM是将PALM技术与光的干涉原理结合起来,将三维的分辨率提高到20 nm以内,并极大地提高了收集同样光子后的定位精度。

  在这篇文章中,研究人员就是通过这一新技术在纳米尺度上观测到了粘着斑的蛋白组织方式,粘着斑是细胞外基质与一个细胞的肌动蛋白细胞骨架之间的物理联系,它们能通过整联蛋白(或称整合素)发挥作用。它们在人体生理中具有根本性的重要性,因为它们调控细胞粘附、机械传感和控制细胞生长及分化的信号。

  研究人员发现这种蛋白是组织良好的超级结构,整联蛋白和肌动蛋白被一个40纳米长、由部分重叠的蛋白特异性层组成的核分开,又被人踝蛋白(talin)联系在一起。这种多层架构产生三个或更多单独的腔室,它们调控粘着斑的相互独立的功能。

  除了利用这种显微技术,来自约翰霍普金斯医学院的研究人员还利用一种双聚物探针,分别吸引两种蛋白,从而能了解一个蛋白为什么和如何在一个位点是用于细胞分裂和生长,而在另外一个位点却是意味着细胞死亡,利用这种新型技术,研究人员能在细胞的各处快速操纵蛋白活性。(生物谷

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