Nature子刊：活細(xì)胞熒光成像新技術(shù)

日期：2012-03-26 08:39:53

近日來(lái)自法國(guó)讓•皮埃爾•埃貝爾結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究所的研究人員領(lǐng)導(dǎo)的一個(gè)國(guó)際研究小組報(bào)告稱他們?cè)O(shè)計(jì)出了一種新型的熒光蛋白分子。相比于目前采用的熒光蛋白，新熒光分子可在活細(xì)胞中發(fā)射亮度高3倍的藍(lán)綠色光，大大提高了細(xì)胞成像技術(shù)的敏感性，從而可以幫助實(shí)現(xiàn)更高分辨率的活體內(nèi)生物過(guò)程成像。這一研究成果在線發(fā)布在3月20日的《自然通訊》（Nature Communications）雜志上。

青色熒光蛋白（CFPs）被廣泛應(yīng)用于細(xì)胞生物學(xué)中，幫助顯現(xiàn)活細(xì)胞中的生物過(guò)程或大生物分子形態(tài)改變。自20世紀(jì)90年代初伊始，熒光蛋白就成為了生物科學(xué)領(lǐng)域最重要的研究工具之一，幫助觀察從前無(wú)法看到生物過(guò)程，例如大腦中神經(jīng)細(xì)胞的發(fā)育、癌細(xì)胞的擴(kuò)散等。2008年的諾貝爾化學(xué)獎(jiǎng)授予了發(fā)現(xiàn)和推廣這一技術(shù)的科學(xué)家。

科學(xué)家們通常將CFPs連接到參與內(nèi)部或構(gòu)象改變的蛋白質(zhì)上，借以觀測(cè)或細(xì)胞內(nèi)大量的生物進(jìn)程。研究人員利用藍(lán)光照射細(xì)胞使細(xì)胞內(nèi)的CFP蛋白發(fā)射出特征性的藍(lán)綠色光從而幫助定位細(xì)胞內(nèi)CFP，確定觀察目標(biāo)。然而這些分子長(zhǎng)期都存在的一種缺陷就是熒光水平太弱，僅有36%的藍(lán)光轉(zhuǎn)換為了藍(lán)綠色光。

為了獲得更高的亮度，提高熒光成像的敏感度，來(lái)自法國(guó)讓•皮埃爾•埃貝爾結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究所的Antoine Royant研究小組和來(lái)自荷蘭及英國(guó)的科學(xué)家展開(kāi)了合作。

首先來(lái)自法國(guó)和英國(guó)牛津大學(xué)的科學(xué)家利用歐洲同步輻射裝置(ESRF)的高亮X-射線束，揭示了CFPs如何存儲(chǔ)進(jìn)入能量及以熒光形式再傳送能量的精微細(xì)節(jié)：他們生成了大量不同的改良CFPs的微小晶體，解析了它們的分子結(jié)構(gòu)。借助于這些結(jié)構(gòu)研究人員揭示出了鄰近CFP發(fā)光復(fù)合物——發(fā)色團(tuán)(chromophore)的精細(xì)機(jī)制?！拔覀兞私饬?/SPAN>CFPs內(nèi)單個(gè)原子的功能，并能精確地指出需要修飾或提高熒光量的分子部分，”ESRF的David von Stetten說(shuō)。

與此同時(shí)，由荷蘭科學(xué)家Theodorus Gadella領(lǐng)導(dǎo)的研究小組也利用創(chuàng)新的篩查技術(shù)研究了數(shù)百種修飾的CFP分子，對(duì)這些分子在顯微鏡下的熒光壽命進(jìn)行了測(cè)量以尋找可提高這些性能的因素。

通過(guò)合理的設(shè)計(jì)，最終科學(xué)家們獲得了一種稱之為mTurquoise2.的新型CFP分子。結(jié)構(gòu)生物學(xué)和細(xì)胞生物學(xué)的研究結(jié)果顯示mTurquoise2的熒光效率達(dá)到了93%。利用這種新型的分子，科學(xué)家們可以前所未有的靈敏度研究活細(xì)胞內(nèi)的蛋白質(zhì)互作。

“有了這種新型蛋白，現(xiàn)在可以從前未能獲得的精細(xì)度開(kāi)展大量研究。此外，由于新方法還將蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)動(dòng)力納入了其中，使得科學(xué)家們滿懷希望能夠設(shè)計(jì)出更多發(fā)射不同顏色熒光的改良蛋白來(lái)用于其他的應(yīng)用，”Antoine Royant說(shuō)。