我們剛剛對細胞分裂的細節(jié)進行了前所未有的了解

通過將現(xiàn)有成像過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胞內(nèi)令人眼花繚亂的細節(jié)的全新水平。

這種創(chuàng)新的調(diào)整將使科學(xué)家能夠在更長的時間內(nèi)直接觀察分子行為，為細胞分裂等關(guān)鍵生物過程打開一扇窗。

“活細胞是一個繁忙的地方，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?！拔覀兊某直媛蕦τ谟^看這些動態(tài)活動非常有吸引力。

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)。

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

因此，崔及其同事開發(fā)了一種系統(tǒng)來檢測隨機分布的金納米棒的光散射，這一過程不會因反復(fù)曝光而崩潰。即使金標(biāo)記大于目標(biāo)結(jié)構(gòu)，對桿的多個不同角度的子集進行成像并組合圖像也能提供相同的高度詳細的分辨率。

由此產(chǎn)生的系統(tǒng)允許以僅100個原子的分辨率進行驚人的250小時的連續(xù)觀測。

然后，Cui及其同事用他們的新PINE納米顯微鏡檢查了細胞分裂的整個過程，揭示了一種前所未有的行為。肌動蛋白分子，直至單個分子水平。

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

這些細胞的每個拷貝都繼承了相同的內(nèi)部，從蛋白質(zhì)到DNA，但由于我們視覺技術(shù)的局限性，這種情況是如何發(fā)生的長期以來一直是一個謎。

在細胞分裂過程中觀察904個肌動蛋白絲，Cui和他的團隊可以看到單個分子如何相互表現(xiàn)。他們發(fā)現(xiàn)，當(dāng)肌動蛋白分子彼此結(jié)合較少時，它們會擴展以尋找更多的鏈接。當(dāng)每個肌動蛋白到達其鄰居時，它會將其他肌動蛋白分子拉近，從而進一步增加其網(wǎng)絡(luò)。

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

“我們計劃使用我們的方法來研究其他分子構(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寫為對話。

“我們的技術(shù)可能有助于研究人員可視化，進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。

這項研究發(fā)表于自然通訊.

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