【儀表網(wǎng) 研發(fā)快訊】近日，大連化物所生物技術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隊發(fā)展了組裝介導的細胞膜緩沖熒光探針，實現(xiàn)了對細胞質膜的長時間穩(wěn)定標記和超分辨動態(tài)熒光成像，觀察到了質膜絲狀偽足的動態(tài)運動和細胞外囊泡的分泌過程，發(fā)現(xiàn)了兩種細胞外囊泡的融合模式，為細胞質膜的超分辨動態(tài)成像提供了工具。
 

　　細胞質膜是將細胞與細胞外環(huán)境區(qū)分開的磷脂雙分子層結構，在調節(jié)物質進出細胞的過程中起著關鍵作用。質膜高度柔性的結構賦予其高度的動態(tài)性，能夠動態(tài)組裝為各種納米級子結構(2至200nm)，如絲狀偽足、細胞外囊泡等。這些子結構在維持細胞完整性、促進信號傳導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構的相關研究逐步深入，但是高度的動態(tài)性及納米級的尺寸使得原位實時可視化這些質膜子結構的動態(tài)行為非常困難，不同功能子結構的形成和融合的具體機制及其異質性仍然不清晰。超分辨熒光成像能夠在納米尺度下原位解析細胞結構，已經(jīng)成為研究質膜納米結構和功能的有力工具。然而，由于細胞質膜探針光穩(wěn)定性不足的限制和細胞內化染色的問題，質膜動力學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，分別實現(xiàn)了脂滴與溶酶體動力學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，團隊將不同長度的烷基鏈基團引入到帶負電荷的熒光素中，開發(fā)了細胞不可滲透的質膜“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，從而能夠實現(xiàn)對質膜的特異性“光生”響應。不用長度烷基鏈可以調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。當質膜上的探針發(fā)生光漂白，則可以快速招募來自緩沖池的探針，從而保持質膜熒光的穩(wěn)定性，實現(xiàn)對質膜的長時程超分辨成像。
 

 

　　團隊利用細胞質膜緩沖探針在納米尺度下監(jiān)測了質膜的多種動態(tài)行為，包括絲狀偽足的生長和細胞外囊泡的分泌，監(jiān)測到細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，團隊也監(jiān)測到囊泡在細胞膜上的緩慢萌芽過程，該過程可以達到22分鐘以上。此外，團隊發(fā)現(xiàn)了鄰近脂質融合與絲狀脂質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膜高的信噪比，可以通過與質膜實現(xiàn)動態(tài)的結合，產生閃爍特性，具備PAINT成像的能力，實現(xiàn)了對質膜的單分子定位成像，定位精度達到36nm。
 

　　相關研究成果以“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基金、我所創(chuàng)新基金等項目的資助。(文/陶奕 圖/周偉)