【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化物所生物技術(shù)研究部分子探針與熒光成像研究組(1818組)喬慶龍副研究員和徐兆超研究員團(tuán)隊(duì)發(fā)展了組裝介導(dǎo)的細(xì)胞膜緩沖熒光探針，實(shí)現(xiàn)了對細(xì)胞質(zhì)膜的長時間穩(wěn)定標(biāo)記和超分辨動態(tài)熒光成像，觀察到了質(zhì)膜絲狀偽足的動態(tài)運(yùn)動和細(xì)胞外囊泡的分泌過程，發(fā)現(xiàn)了兩種細(xì)胞外囊泡的融合模式，為細(xì)胞質(zhì)膜的超分辨動態(tài)成像提供了工具。
 

　　細(xì)胞質(zhì)膜是將細(xì)胞與細(xì)胞外環(huán)境區(qū)分開的磷脂雙分子層結(jié)構(gòu)，在調(diào)節(jié)物質(zhì)進(jìn)出細(xì)胞的過程中起著關(guān)鍵作用。質(zhì)膜高度柔性的結(jié)構(gòu)賦予其高度的動態(tài)性，能夠動態(tài)組裝為各種納米級子結(jié)構(gòu)(2至200nm)，如絲狀偽足、細(xì)胞外囊泡等。這些子結(jié)構(gòu)在維持細(xì)胞完整性、促進(jìn)信號傳導(dǎo)和通訊等方面起著重要作用。盡管科研工作者對這些納米級子結(jié)構(gòu)的相關(guān)研究逐步深入，但是高度的動態(tài)性及納米級的尺寸使得原位實(shí)時可視化這些質(zhì)膜子結(jié)構(gòu)的動態(tài)行為非常困難，不同功能子結(jié)構(gòu)的形成和融合的具體機(jī)制及其異質(zhì)性仍然不清晰。超分辨熒光成像能夠在納米尺度下原位解析細(xì)胞結(jié)構(gòu)，已經(jīng)成為研究質(zhì)膜納米結(jié)構(gòu)和功能的有力工具。然而，由于細(xì)胞質(zhì)膜探針光穩(wěn)定性不足的限制和細(xì)胞內(nèi)化染色的問題，質(zhì)膜動力學(xué)的超分辨熒光成像仍然具有挑戰(zhàn)性。
 

　　1818組在前期工作中開發(fā)了針對脂滴、溶酶體的“緩沖熒光探針(BFP)”LD-FG(Angew. Chem. Int. Ed.，2021)、LysoSR-549(Angew. Chem. Int. Ed.，2022)，克服了熒光染料容易在超分辨成像中光漂白的問題，分別實(shí)現(xiàn)了脂滴與溶酶體動力學(xué)的長期超分辨率跟蹤，發(fā)現(xiàn)了新型脂滴融合過程以及四種溶酶體間相互作用模式。
 

　　在本工作中，團(tuán)隊(duì)將不同長度的烷基鏈基團(tuán)引入到帶負(fù)電荷的熒光素中，開發(fā)了細(xì)胞不可滲透的質(zhì)膜“緩沖熒光探針”BMP-14和BMP-16。BMP探針能夠形成熒光“暗態(tài)”的納米聚集體，從而能夠?qū)崿F(xiàn)對質(zhì)膜的特異性“光生”響應(yīng)。不用長度烷基鏈可以調(diào)控探針聚集體與單體之間的解離平衡，以形成穩(wěn)定的緩沖池。當(dāng)質(zhì)膜上的探針發(fā)生光漂白，則可以快速招募來自緩沖池的探針，從而保持質(zhì)膜熒光的穩(wěn)定性，實(shí)現(xiàn)對質(zhì)膜的長時程超分辨成像。
 

 

　　團(tuán)隊(duì)利用細(xì)胞質(zhì)膜緩沖探針在納米尺度下監(jiān)測了質(zhì)膜的多種動態(tài)行為，包括絲狀偽足的生長和細(xì)胞外囊泡的分泌，監(jiān)測到細(xì)胞外囊泡從絲狀偽足的成熟與脫落過程，持續(xù)近11分鐘。同時，團(tuán)隊(duì)也監(jiān)測到囊泡在細(xì)胞膜上的緩慢萌芽過程，該過程可以達(dá)到22分鐘以上。此外，團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)了鄰近脂質(zhì)融合與絲狀脂質(zhì)牽引融合的兩種不同囊泡融合模式。BMP-16優(yōu)異的緩沖能力以及對質(zhì)膜高的信噪比，可以通過與質(zhì)膜實(shí)現(xiàn)動態(tài)的結(jié)合，產(chǎn)生閃爍特性，具備PAINT成像的能力，實(shí)現(xiàn)了對質(zhì)膜的單分子定位成像，定位精度達(dá)到36nm。
 

　　相關(guān)研究成果以“Cell-impermeable Buffering Fluorogenic Probes for Live-cell Super-resolution Imaging of Plasma Membrane Morphology Dynamics”為題，于近日發(fā)表在ACS Sensors上。該工作的第一作者為1818組已畢業(yè)博士周偉和博士研究生陶奕，以上研究工作得到國家自然科學(xué)基金、我所創(chuàng)新基金等項(xiàng)目的資助。(文/陶奕 圖/周偉)