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自动荧光显微系统:高效光控蛋白

日期:2014-07-16 00:00:00

光遗传学是近年来最具创新性的显微技术之一,通过结合遗传学和光学方法,科学家们可以利用光来特异性控制活细胞中精确时间段的蛋白活性,以及蛋白相互作用。

在进行光遗传学实验的时候,研究人员经常需要使用一种激光共焦显微镜的光漂白模式(photobleaching mode)。虽然目前特殊激光或其它通过光学半导体作为数字微镜设备(digital micromirror devices)的照明系统,已经得到了长足发展,但是这些设备价格依然居高不下,而且也只能用于细胞生物学研究中的几种光应答蛋白。

为了解决这一问题,来自日本香川大学的Nobukazu Araki与他的同事研发出了一种自动荧光显微系统,这种系统采用传统的光学零件和App,能操控活细胞中的基因编码光应答蛋白。这一研究成果公布在6月的Microscopy杂志上。

“这个系统比其它采用光漂白模式的共焦显微镜或数字微镜设备更加便宜,而且也能有效的激活光敏蛋白,”Araki说。

Araki和他的团队利用一种称为MetaMorph的成像App,编写活细胞自动化延时成像程序,这种程序也能帮助研究人员控制光的波长和强度,光活化的持续时间,以及靶标照明区域的大小。

为了验证这一系统,研究人员对小鼠进行了基因改造,令其巨噬细胞样细胞表达一种蛋白:Rac1(这种蛋白能操控细胞运动)与一种光敏蛋白light-oxygen-voltage 2 (LOV2)结构域的融合蛋白,后者是在植物中发现的蛋白(phototropins)。

然后研究人员又利用蓝光激活了光敏Rac1蛋白,导致细胞膜紊乱,这是许多活性迁移细胞的典型特征。这种应答是可逆的,也就是说在蓝光照射下一到两分钟内,细胞能表达光敏Rac1细胞膜紊乱,这段时间与细胞被照射的时间一样长,随着光源被关闭这种特征也在随后几分钟内减少。

这项研究表明了非激光的传统荧光显微技术,也能有效的用于涉及光敏 Rac1蛋白的光遗传学实验。编辑认为,这种便捷的显微系统将有助于光应答蛋白在细胞生物学中的应用,也将极大的扩增其应用范围。

“大家目前利用这一显微镜系统进行光动力癌症疗法的研发”,Araki说,“大家希翼这种简单可靠的系统能用于广泛的遗传学研究,促进生物医学的进步。”