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SR荧光显微镜在生物学研究中的应用

发布日期: 2019-05-15
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  到目前为止,人们还很难得知,SR荧光显微镜会对生物学界的哪一个领域带来重大变革,但已经有几个领域出现了明显的改变。这些研究领域是动态及静态的细胞组织结构研究领域、非均质分子组织研究领域、蛋白动态组装研究领域等。这几个领域都有一个共同的特点,那就是它们研究的重点都是分子间如何相互作用、组装形成复合物。因此,能在纳米水平观察这些分子对它们来说具有重大的意义。
 
  通过观察蛋白质之间的组合关系来了解它们的作用,并能为后续的细胞功能试验打下基础
 
  结构生物学研究在这方面已经取得了很大的进展,目前已经发现了4-8纳米大小的分子间相互作用组装成细胞微管、肌丝、中间丝这些超过10微米大小聚合物的机制。不过对于核孔复合体、中心体、着丝点、中间体、粘着斑这些由许多不同蛋白经过复杂的三维组装方式组合起来的复合体,还需要更好的办法来进行研究。目标就是要达到分子水平的分辨率,这样就可以观察大复合体形成过程中的单个分子,也就能对这些分子的化学计量学有所了解了。要得到更多的生物学信息就需要SR显微镜这样的三维成像技术,例如可以使用活体细胞SR成像捕捉细胞骨架的动态重构过程等等。
 
  SR成像有助于人们更好地了解分子间的差异
 
  细胞膜蛋白组织方式的经典模型已经从随机分布的液态镶嵌模型转变成了脂筏模型、穴样内陷模型或特殊蛋白模型。这种差异与细胞不同功能相关,例如在高尔基体、cargo蛋白和高尔基体酶蛋白之间必须发生相互作用,但终它们会按照各自的功能分开,发挥各自的作用。有很多试验手段,例如免疫电镜技术、荧光共振能量转移技术(FRET)等都已经被用来研究这种膜不均一性问题了。多色PALM技术(Multicolor PALM)为人们提供了一种新的手段用来观察膜蛋白集合、组织的过程,并且还能定量分析不同蛋白间的空间距离关系。因为有了PALM提供的单分子信息,人们就可以清楚地了解蛋白分子间的空间关系,甚至有可能计算出相隔某一距离的分子之间发生相互作用的可能性。
 
  SR成像技术还能用于在单分子水平研究蛋白动态组装过程
 
  细胞对外界刺激信号的反应起始于胞膜,在胞膜上受体蛋白之间发生动态的集合,用来调节细胞的反应活性。像HIV这种有被膜病毒也是在细胞膜上完成病毒颗粒组装过程的病毒,也是利用了细胞的物质转运机制。尽管现在蛋白组装的物理模型还远远没有完成,但研究人员知道膜蛋白的动态组装过程是不均一的,所以通常使用荧光试验手段很难获得分子水平上的信息。同样,单分子测量技术(Single molecule measurements)也存在着类似的局限,因为单分子测量技术只能观察细胞内的几个分子,所以缺乏整体的信息。因此由于缺乏空间分辨率,很难动态地研究蛋白质组装过程。SR荧光成像技术与活细胞成像技术和单分子示踪技术(sptPALM)结合就能解决这一问题。我们可以借助分子密度准确地看出PALM图像中的蛋白质簇,蛋白质簇动态的统计数据和形态学数据能帮助我们了解蛋白质动态组装的机制。
 
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