用于高分辨率细胞成像的新分子

2014-07-03

细胞骨架是科学和医学热点研究的对象，这些研究往往需要在细胞内直接观察它。理想情况下，将涉及到可结合高特异性细胞骨架蛋白、而对细胞没有毒性的高荧光分子。

如同我们自己的身体，细胞也有其自己的骨架称为“细胞骨架(cytoskeletons)”，是由蛋白质而不是骨骼构成。这些网状结构可维持细胞的形状，提供机械支撑，并参与细胞生活周期的关键过程。细胞骨架是科学和医学热点研究的对象，这些研究往往需要在细胞内直接观察它。理想情况下，将涉及到可结合高特异性细胞骨架蛋白、而对细胞没有毒性的高荧光分子。

2014年5月25日在《Nature Methods》发表的一项研究中，瑞士洛桑联邦理工学院(EPEL)的科学家们利用一种新荧光分子(也由EPEL开发)的特性，生成两种强大的探针，以前所未有的分辨率对细胞骨架进行成像。这些探针，为更容易和更高质量的细胞成像铺平了道路，也提供了许多科学和医学的优势。

细胞骨架是细胞内的一种大型结构，为细胞提供了机械支撑，保持它们的三维形状和内部结构，使它们能够移动和分裂。它由细胞内的三个主要子结构组成，这些子结构由长的丝状蛋白(微管蛋白和肌动蛋白)构成。

当前用于观察细胞骨架的技术，很难进入活细胞内，而且可能是有毒的，通常在分辨率和时间上都有限制，因为信号会随时间逐渐消逝。常用的一种技术是荧光显微镜，在这种技术中，荧光分子(“探针”)附着到细胞结构上，然后“点亮”，与黑色背景形成对照。

EPFL的KaiJohnsson研究小组，开发出全新的荧光探针，可以很容易地进入活细胞，无毒且具有持久的信号，最重要的是，可提供前所未有的图像分辨率。在2013年，研究人员开发出一种称为硅罗丹明(silicon-rhodamine，SiR)的荧光分子，只有当它结合到一个蛋白质(类似细胞骨架上发现的蛋白质)的带电表面时才会打开。当SiR打开后，它会发出远红外波长的光。

面临的挑战在于，如何使SiR特异性地结合细胞骨架的蛋白——肌动蛋白和微管蛋白。要做到这一点，科学家们将SiR分子和结合微管蛋白或肌动蛋白的化合物熔合。由此产生的混合分子包括一个SiR分子(提供荧光信号)和一种天然化合物(可以结合靶蛋白)。一种这样的化合物是多烯紫杉醇(docetaxel，结合微管蛋白的一种抗癌药)，和另一种jasplakinolide(可特异性结合细胞骨架的肌动蛋白)。这两种化合物，在这里以很低、无毒的浓度使用，可以容易地通过细胞膜并进入细胞本身。

这种探针，称为SiR-微管蛋白和SiR-肌动蛋白，被用来可视化人类皮肤细胞中的细胞骨架动态。因为探针的光信号是以远红光发射，所以很容易将它从背景噪声中分离出来，当使用一种称为超分辨率显微镜的技术时，会产生前所未有的高分辨率图像。

另一个优点是探针的实用性。KaiJohnsson称：“你只要将它们直接添加到你培养的细胞中，它们就会被细胞接受。”该探针在使用之前也不需要任何洗涤或细胞预备，也不需要任何后续的洗涤步骤，这极大地帮助它们保持其环境和自然生物功能的稳定性。

科学家们相信，他们可以将此项工作拓展到其他类型的蛋白质和组织中。Johnsson称：“生物学家们一直都在影像细胞骨架结构。到目前为止，没有一种探针可以让你不用某种遗传学修饰，就能得到高质量的活细胞内微管和微丝图像。在这项工作中，我们提供了两种高性能、高对比度的荧光探针，可以光谱的非光毒性部分发射，甚至可用于全血样品这样的组织。”

用于高分辨率细胞成像的新分子

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