我們剛剛對(duì)細(xì)胞分裂的細(xì)節(jié)進(jìn)行了前所未有的了解

通過(guò)將現(xiàn)有成像過(guò)程中的熒光分子替換為散射光的熒光分子，研究人員揭示了我們活細(xì)胞內(nèi)令人眼花繚亂的細(xì)節(jié)的全新水平。

這種創(chuàng)新的調(diào)整將使科學(xué)家能夠在更長(zhǎng)的時(shí)間內(nèi)直接觀察分子行為，為細(xì)胞分裂等關(guān)鍵生物過(guò)程打開(kāi)一扇窗。

“活細(xì)胞是一個(gè)繁忙的地方，蛋白質(zhì)到處熙熙攘攘，”解釋密歇根大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師崔光杰。“我們的超分辨率對(duì)于觀看這些動(dòng)態(tài)活動(dòng)非常有吸引力。

超分辨率是觀察令人難以置信的小生物結(jié)構(gòu)的過(guò)程。它使用一系列熒光分子星座的快照，突出顯示目標(biāo)組織的選定區(qū)域，消除泛光的模糊效應(yīng)。

其開(kāi)發(fā)背后的研究人員贏得了2014年諾貝爾獎(jiǎng).盡管這個(gè)過(guò)程是革命性的，但熒光分子吸收然后吐出的能力所需光波長(zhǎng)在數(shù)十秒內(nèi)磨損，這排除了持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的過(guò)程的映射。

因此，崔及其同事開(kāi)發(fā)了一種系統(tǒng)來(lái)檢測(cè)隨機(jī)分布的金納米棒的光散射，這一過(guò)程不會(huì)因反復(fù)曝光而崩潰。即使金標(biāo)記大于目標(biāo)結(jié)構(gòu)，對(duì)桿的多個(gè)不同角度的子集進(jìn)行成像并組合圖像也能提供相同的高度詳細(xì)的分辨率。

由此產(chǎn)生的系統(tǒng)允許以僅100個(gè)原子的分辨率進(jìn)行驚人的250小時(shí)的連續(xù)觀測(cè)。

然后，Cui及其同事用他們的新PINE納米顯微鏡檢查了細(xì)胞分裂的整個(gè)過(guò)程，揭示了一種前所未有的行為。肌動(dòng)蛋白分子，直至單個(gè)分子水平。

肌動(dòng)蛋白，細(xì)胞的主要成分細(xì)胞骨架，為細(xì)胞提供結(jié)構(gòu)支撐，并有助于促進(jìn)細(xì)胞內(nèi)的運(yùn)動(dòng)。因此，這些分支細(xì)絲狀分子在分裂細(xì)胞并將其拉成兩個(gè)子細(xì)胞之前起著巨大的作用。

這些細(xì)胞的每個(gè)拷貝都繼承了相同的內(nèi)部，從蛋白質(zhì)到DNA，但由于我們視覺(jué)技術(shù)的局限性，這種情況是如何發(fā)生的長(zhǎng)期以來(lái)一直是一個(gè)謎。

在細(xì)胞分裂過(guò)程中觀察904個(gè)肌動(dòng)蛋白絲，Cui和他的團(tuán)隊(duì)可以看到單個(gè)分子如何相互表現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肌動(dòng)蛋白分子彼此結(jié)合較少時(shí)，它們會(huì)擴(kuò)展以尋找更多的鏈接。當(dāng)每個(gè)肌動(dòng)蛋白到達(dá)其鄰居時(shí)，它會(huì)將其他肌動(dòng)蛋白分子拉近，從而進(jìn)一步增加其網(wǎng)絡(luò)。

研究人員看到了這些小規(guī)模的運(yùn)動(dòng)是如何在更大規(guī)模的細(xì)胞視圖中轉(zhuǎn)化的。出乎意料的是，當(dāng)肌動(dòng)蛋白擴(kuò)張時(shí)，細(xì)胞實(shí)際上會(huì)收縮，而當(dāng)肌動(dòng)蛋白收縮時(shí)，它會(huì)膨脹。這似乎是矛盾的，因此研究人員熱衷于探索這種相反的運(yùn)動(dòng)是如何發(fā)生的。

“我們計(jì)劃使用我們的方法來(lái)研究其他分子構(gòu)建塊如何組織成組織和器官，”密歇根大學(xué)生物醫(yī)學(xué)工程師Somin Lee寫(xiě)為對(duì)話。

“我們的技術(shù)可能有助于研究人員可視化，進(jìn)而更好地了解組織和器官中的分子缺陷如何發(fā)展成疾病。

這項(xiàng)研究發(fā)表于自然通訊.

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