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SR熒光顯微鏡在生物學研究中的應用

更新時間:2019-05-15      點擊次數(shù):1579
  到目前為止,人們還很難得知,SR熒光顯微鏡會對生物學界的哪一個領域帶來重大變革,但已經(jīng)有幾個領域出現(xiàn)了明顯的改變。這些研究領域是動態(tài)及靜態(tài)的細胞組織結構研究領域、非均質分子組織研究領域、蛋白動態(tài)組裝研究領域等。這幾個領域都有一個共同的特點,那就是它們研究的重點都是分子間如何相互作用、組裝形成復合物。因此,能在納米水平觀察這些分子對它們來說具有重大的意義。
 
  通過觀察蛋白質之間的組合關系來了解它們的作用,并能為后續(xù)的細胞功能試驗打下基礎
 
  結構生物學研究在這方面已經(jīng)取得了很大的進展,目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了4-8納米大小的分子間相互作用組裝成細胞微管、肌絲、中間絲這些超過10微米大小聚合物的機制。不過對于核孔復合體、中心體、著絲點、中間體、粘著斑這些由許多不同蛋白經(jīng)過復雜的三維組裝方式組合起來的復合體,還需要更好的辦法來進行研究。目標就是要達到分子水平的分辨率,這樣就可以觀察大復合體形成過程中的單個分子,也就能對這些分子的化學計量學有所了解了。要得到更多的生物學信息就需要SR顯微鏡這樣的三維成像技術,例如可以使用活體細胞SR成像捕捉細胞骨架的動態(tài)重構過程等等。
 
  SR成像有助于人們更好地了解分子間的差異
 
  細胞膜蛋白組織方式的經(jīng)典模型已經(jīng)從隨機分布的液態(tài)鑲嵌模型轉變成了脂筏模型、穴樣內(nèi)陷模型或特殊蛋白模型。這種差異與細胞不同功能相關,例如在高爾基體、cargo蛋白和高爾基體酶蛋白之間必須發(fā)生相互作用,但終它們會按照各自的功能分開,發(fā)揮各自的作用。有很多試驗手段,例如免疫電鏡技術、熒光共振能量轉移技術(FRET)等都已經(jīng)被用來研究這種膜不均一性問題了。多色PALM技術(Multicolor PALM)為人們提供了一種新的手段用來觀察膜蛋白集合、組織的過程,并且還能定量分析不同蛋白間的空間距離關系。因為有了PALM提供的單分子信息,人們就可以清楚地了解蛋白分子間的空間關系,甚至有可能計算出相隔某一距離的分子之間發(fā)生相互作用的可能性。
 
  SR成像技術還能用于在單分子水平研究蛋白動態(tài)組裝過程
 
  細胞對外界刺激信號的反應起始于胞膜,在胞膜上受體蛋白之間發(fā)生動態(tài)的集合,用來調節(jié)細胞的反應活性。像HIV這種有被膜病毒也是在細胞膜上完成病毒顆粒組裝過程的病毒,也是利用了細胞的物質轉運機制。盡管現(xiàn)在蛋白組裝的物理模型還遠遠沒有完成,但研究人員知道膜蛋白的動態(tài)組裝過程是不均一的,所以通常使用熒光試驗手段很難獲得分子水平上的信息。同樣,單分子測量技術(Single molecule measurements)也存在著類似的局限,因為單分子測量技術只能觀察細胞內(nèi)的幾個分子,所以缺乏整體的信息。因此由于缺乏空間分辨率,很難動態(tài)地研究蛋白質組裝過程。SR熒光成像技術與活細胞成像技術和單分子示蹤技術(sptPALM)結合就能解決這一問題。我們可以借助分子密度準確地看出PALM圖像中的蛋白質簇,蛋白質簇動態(tài)的統(tǒng)計數(shù)據(jù)和形態(tài)學數(shù)據(jù)能幫助我們了解蛋白質動態(tài)組裝的機制。
 
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