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擴(kuò)張顯微鏡技術(shù)讓細(xì)胞分子納米結(jié)構(gòu)得以成像

來(lái)源：時(shí)間：2022-08-31 15:13:48 瀏覽：1576次

細(xì)胞中含有成千上萬(wàn)的信使RNA分子，它們負(fù)責(zé)攜帶DNA的復(fù)制遺傳指令，通過(guò)轉(zhuǎn)移到其他細(xì)胞進(jìn)而完成細(xì)胞間的信息交流。然而，在活細(xì)胞內(nèi)，蛋白質(zhì)和其他分子通常緊密地堆積在一起。這些密集的簇很難成像，因?yàn)闊o(wú)法將熒光標(biāo)記嵌在分子之間而使它們可見(jiàn)。

細(xì)胞分子納米成像

擴(kuò)張顯微鏡技術(shù)的關(guān)鍵步驟是在組織成像前進(jìn)行組織擴(kuò)大，通過(guò)將組織自身體積擴(kuò)大，就可以應(yīng)用普通的高分辨成像顯微鏡中找到分子。日前，美國(guó)麻省理工學(xué)院研究人員開(kāi)發(fā)出一種新的方法來(lái)克服這一限制，使這些“看不見(jiàn)”的分子變得可見(jiàn)。這種方法建立在之前開(kāi)發(fā)的擴(kuò)張顯微鏡技術(shù)基礎(chǔ)之上，能讓科學(xué)家們可視化以前從未見(jiàn)過(guò)的分子和細(xì)胞結(jié)構(gòu)。使用這項(xiàng)技術(shù)，研究人員可對(duì)神經(jīng)元突觸中發(fā)現(xiàn)的納米結(jié)構(gòu)進(jìn)行成像。

研究員們還對(duì)與阿爾茨海默病相關(guān)的β淀粉樣蛋白斑塊的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)成像。對(duì)細(xì)胞內(nèi)的特定蛋白質(zhì)或其他分子成像需要用與靶標(biāo)結(jié)合的抗體攜帶的熒光標(biāo)簽對(duì)其進(jìn)行標(biāo)記。抗體長(zhǎng)約10納米，而典型的細(xì)胞蛋白直徑通常約為2—5納米，因此如果目標(biāo)蛋白堆積得太密，抗體就無(wú)法與蛋白結(jié)合。

為了克服這一障礙，研究人員使用熱量而不是酶來(lái)軟化組織，使組織膨脹20倍而不被破壞。這種方法使得組織在擴(kuò)大的同時(shí)還保持著蛋白質(zhì)的完整，分離出的蛋白質(zhì)在擴(kuò)增后可用熒光標(biāo)簽進(jìn)行標(biāo)記。有了許多可用于標(biāo)記的蛋白質(zhì)，研究人員就能識(shí)別突觸內(nèi)的微小細(xì)胞結(jié)構(gòu)，突觸是密集堆積著蛋白質(zhì)的神經(jīng)元之間的連接。

他們對(duì)7種不同的突觸蛋白進(jìn)行了標(biāo)記和成像，隨后他們便可詳細(xì)地觀察到由鈣通道與其他突觸蛋白排列而成的“納米柱”。這些納米柱被認(rèn)為有助于提高突觸交流的效率。研究人員還使用新技術(shù)對(duì)β淀粉樣蛋白成像，這是一種在阿爾茨海默病患者大腦中形成斑塊的多肽。利用小鼠的腦組織，研究人員發(fā)現(xiàn)，β淀粉樣蛋白形成了以前從未見(jiàn)過(guò)的周期性納米簇，這些β淀粉樣蛋白簇還包括鉀通道。此外，他們還發(fā)現(xiàn)了沿著軸突形成螺旋結(jié)構(gòu)的β淀粉樣蛋白分子。

該技術(shù)通過(guò)擴(kuò)大細(xì)胞或組織樣本來(lái)“疏導(dǎo)”分子，從而使得分子更容易被標(biāo)記，其將突觸可視化，有助于回答許多有關(guān)突觸蛋白功能障礙的生物學(xué)問(wèn)題。

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