膜蛋白动态与肌动蛋白纳米域超分辨成像：解锁细胞微观世界的奥秘

　　为解决研究肌动蛋白结构对膜蛋白动力学在纳米尺度影响时面临的分辨率与采样权衡问题，研究人员开展了将快速单粒子追踪（single-particle tracking）与单分子定位显微镜（SMLM）结合的研究。结果生成了同一细胞内膜蛋白动态和肌动蛋白丝的纳米级数据集，这有助于探索肌动蛋白网络调控膜蛋白侧向扩散的机制。

涓轰簡淇冭繘绉戝鐨勪紶鎾紝鐢熺墿閫氶噰闆嗕簡杩欑瘒鏂囩珷锛屽闇€鑻辨枃鍘熸枃锛岃鐐瑰嚮锛�璁㈤槄BioHot绱㈠彇鍘熸枃

　　在细胞的微观世界里，细胞膜就像一个繁忙的 “分子集市”，各种脂质和蛋白质在这里相互作用，不断产生对细胞功能至关重要的信号。膜蛋白的空间组织不仅依赖于膜本身的生物物理特性，还与膜相关的肌动蛋白细胞骨架密切相关。根据 “栅栏模型”，肌动蛋白结构将细胞膜分隔成纳米级的 “围栏”，限制了膜蛋白的移动。想象一下，膜蛋白如同在一个布满微小栅栏的场地里活动的小球，它们的运动受到这些栅栏的约束。

然而，想要精确观察这些纳米级的 “栅栏”—— 丝状肌动蛋白，却困难重重。它的厚度仅有 7 纳米，远低于光学显微镜的衍射极限，这就好比用普通的视力去看清极其微小的物体，几乎是不可能的。单分子定位显微镜虽然能够分辨这些结构，但它只能在固定细胞中成像，无法实时观察活细胞中膜蛋白的动态变化。而单粒子追踪技术虽能在活细胞中以高时空分辨率研究蛋白动力学，却难以直接观察到形成纳米域屏障的肌动蛋白丝。这就如同拼图缺少了关键的几块，使得科学家们难以完整地理解膜蛋白动力学与肌动蛋白结构之间的关系。

为了填补这些知识空白，来自美国新墨西哥大学（University of New Mexico）的研究人员 Hanieh Mazloom-Farsibaf、William K. Kanagy、Diane S. Lidke 和 Keith A. Lidke 等人开展了一项极具创新性的研究。他们巧妙地将快速单粒子追踪与单分子定位显微镜相结合，成功生成了同一细胞内膜蛋白动态和肌动蛋白丝在纳米尺度的数据集。这一成果发表在《Scientific Data》上，为揭开细胞微观世界的奥秘提供了新的视角。

在研究方法上，研究人员采用了一种混合实验方法。他们首先使用高速活细胞成像技术追踪单个膜蛋白，然后对同一细胞的肌动蛋白丝进行超分辨成像。在实验过程中，他们对细胞进行了不同处理，如用鬼笔环肽（phalloidin）和佛波酯（PMA）处理，以观察肌动蛋白结构变化对膜蛋白动力学的影响。同时，通过优化固定方案，确保在从活细胞成像过渡到固定细胞成像时，细胞形态得以保存。实验中，他们使用了全内反射荧光显微镜（TIRF）来观察靠近盖玻片的肌动蛋白结构，对应于细胞膜部分；利用直接随机光学重建显微镜（dSTORM）对固定后的肌动蛋白丝进行成像 。

研究结果方面：

• 膜蛋白动态观察：研究人员收集了大鼠嗜碱性白血病（RBL-2H3）细胞中跨膜受体 Fc?RI 和外叶 GPI 锚定蛋白的扩散动力学数据。在不同的实验条件下，包括未处理细胞、鬼笔环肽处理细胞和 PMA 处理细胞，以 490Hz 的高帧率观察这些蛋白的运动。
• 肌动蛋白结构成像：固定细胞后，用 AF647 标记的鬼笔环肽对肌动蛋白丝进行标记，再通过 dSTORM 成像获得肌动蛋白丝的超分辨图像。研究发现，不同处理会导致肌动蛋白结构的差异，例如鬼笔环肽处理使肌动蛋白丝稳定，形成更牢固的 “围栏” 壁，减少了蛋白扩散到相邻 “围栏” 的开口；PMA 诱导肌动蛋白聚合，形成的肌动蛋白束可能在 “围栏” 之间形成更坚硬的屏障。

研究结论和讨论部分：这项研究提供的数据集可用于系统研究肌动蛋白结构引导下的膜蛋白侧向扩散。通过观察跨膜蛋白和外叶蛋白，为评估膜蛋白与肌动蛋白丝的直接和间接相互作用奠定了基础，有助于深入理解它们在纳米尺度上对膜蛋白动力学的调节机制。此外，该研究的光学设置和实验设计具有通用性，优化的固定方案为从活细胞成像到固定细胞成像的转换提供了优势，为后续研究提供了重要参考。这一研究成果就像一把钥匙，打开了进一步探索细胞微观世界中膜蛋白与肌动蛋白相互作用奥秘的大门，有望为相关疾病的研究和治疗提供新的思路和靶点。

鎵撹祻

涓嬭浇瀹夋嵎浼︾數瀛愪功銆婇€氳繃缁嗚優浠ｈ阿鎻ず鏂扮殑鑽墿闈剁偣銆嬫帰绱㈠浣曢€氳繃浠ｈ阿鍒嗘瀽淇冭繘鎮ㄧ殑鑽墿鍙戠幇鐮旂┒

10x Genomics鏂板搧Visium HD 寮€鍚崟缁嗚優鍒嗚鲸鐜囩殑鍏ㄨ浆褰曠粍绌洪棿鍒嗘瀽锛�

娆㈣繋涓嬭浇Twist銆婁笉鏂彉鍖栫殑CRISPR绛涢€夋牸灞€銆嬬數瀛愪功

鍗曠粏鑳炴祴搴忓叆闂ㄥぇ璁插爞 - 娣卞叆浜嗚В浠庣涓€涓崟缁嗚優瀹為獙璁捐鍒版暟鎹川鎺т笌鍙鍖栬В鏋�

涓嬭浇銆婄粏鑳炲唴铔嬬櫧璐ㄤ簰浣滃垎鏋愭柟娉曠數瀛愪功銆�