新型荧光分子技术高清分辨率成像细胞骨架.doc

新型荧光分子技术高清分辨率成像细胞骨架如同我们自己的身体，细胞也有其自己的骨架称为“细胞骨架（cytoskeletons）”，是由蛋白质而不是骨骼构成。这些网状结构可维持细胞的形状，提供机械支撑，并参与细胞生活周期的关键过程。细胞骨架是科学和医学热点研究的对象，这些研究往往需要在细胞内直接观察它。理想情况下，将涉及到可结合高特异性细胞骨架蛋白、而对细胞没有毒性的高荧光分子。2014年5月25日在Nature Methods发表的一项研究中，瑞士洛桑联邦理工学院（EPEL）的科学家们利用一种新荧光分子（也由EPEL开发）的特性，生成两种强大的探针，以前所未有的分辨率对细胞骨架进行成像。这些探针，为更容易和更高质量的细胞成像铺平了道路，也提供了许多科学和医学的优势。细胞骨架是细胞内的一种大型结构，为细胞提供了机械支撑，保持它们的三维形状和内部结构，使它们能够移动和分裂。它由细胞内的三个主要子结构组成，这些子结构由长的丝状蛋白（微管蛋白和肌动蛋白）构成。当前用于观察细胞骨架的技术，很难进入活细胞内，而且可能是有毒的，通常在分辨率和时间上都有限制，因为信号会随时间逐渐消逝。常用的一种技术是荧光显微镜，在这种技术中，荧光分子（“探针”）附着到细胞结构上，然后 “点亮”，与黑色背景形成对照。EPFL的Kai Johnsson研究小组，开发出全新的荧光探针，可以很容易地进入活细胞，无毒且具有持久的信号，最重要的是，可提供前所未有的图像分辨率。在2013年，研究人员开发出一种称为硅罗丹明（silicon-rhodamine，SiR）的荧光分子，只有当它结合到一个蛋白质（类似细胞骨架上发现的蛋白质）的带电表面时才会打开。当SiR打开后，它会发出远红外波长的光。面临的挑战在于，如何使SiR特异性地结合细胞骨架的蛋白肌动蛋白和微管蛋白。要做到这一点，科学家们将SiR分子和结合微管蛋白或肌动蛋白的化合物熔合。由此产生的混合分子包括一个SiR分子（提供荧光信号）和一种天然化合物（可以结合靶蛋白）。一种这样的化合物是多烯紫杉醇（docetaxel，结合微管蛋白的一种抗癌药），和另一种jasplakinolide（可特异性结合细胞骨架的肌动蛋白）。这两种化合物，在这里以很低、无毒的浓度使用，可以容易地通过细胞膜并进入细胞本身。这种探针，称为SiR-微管蛋白和SiR-肌动蛋白，被用来可视化人类皮肤细胞中的细胞骨架动态。因为探针的光信号是以远红光发射，所以很容易将它从背景噪声中分离出来，当使用一种称为超分辨率显微镜的技术时，会产生前所未有的高分辨率图像。另一个优点是探针的实用性。Kai Johnsson称：“你只要将它们直接添加到你培养的细胞中，它们就会被细胞接受。”该探针在使用之前也不需要任何洗涤或细胞预备，也不需要任何后续的洗涤步骤，这极大地帮助它们保持其环境和自然生物功能的稳定性。科学家们相信，他们可以将此项工作拓展到其他类型的蛋白质和组织中。Johnsson称：“生物学家们一直都在影像细胞骨架结构。到目前为止，没有一种探针可以让你不用某种遗传学修饰，就能得到高质量的活细胞内微管和微丝图像。在这项工作中，我们提供了两种高性能、高对比度的荧光探针，可以光谱的非光毒性部分发射，甚至可用于全血样品这样的组织。”mTORC1 controls the adaptive transition of quiescent stem cells from G0 to GAlertA unique property of many adult stem cells is their ability to exist in a non-cycling, quiescent state1. Although quiescence serves an essential role in preserving stem cell function until the stem cell is needed in tissue homeostasis or repair, defects in quiescence can lead to an impairment in tissue function2. The extent to which stem cells can regulate quiescence is unknown. Here we show that the stem cell quiescent state is composed of two distinct functional phases, G0 and an alert phase we term GAlert. Stem cells actively and reversibly transition between these phases in response to injury-induced systemic signals. Using genetic mouse models specific to muscle stem cells (or satellite cells), we show that mTORC1 activity is necessary and sufficient for the transition of satellite cells from G0 into GAlert and that signalling through the HGF receptor cMet is also necessary. We also identify G0-to-GAlert transitions in several populations of quiescent stem cells. Quiescent stem cells that transition into GAlert possess enhanced tissue regenerative function. We propose that the transition of quiescent stem cells into GAlert functions as an alerting mechanism,