超分辨率显微镜显示细节的蜂窝网

今天的最尖锐的成像工具,超分辨率显微镜,产生的气泡图像直到现在一直是模糊的细胞内部,不仅详细描述细胞的内部器官和骨骼,还提供洞察细胞的惊人的灵活性。

在最新一期的杂志上细胞的报道,徐可和他的同事们在加州大学伯克利分校使用这项技术来提供一把锋利的测地线网支持血红细胞的外膜,揭示为什么这些细胞还坚固的足够灵活,能够挤过狭窄的毛细血管,因为他们对我们的组织输送氧气。

发现可能最终有助于发现疟原虫如何劫持这网,称为sub-membrane细胞骨架,当它侵入并最终破坏红细胞。

“人们知道这种寄生虫与细胞骨架相互作用,但它是如何目前尚不清楚,因为没有好办法看看结构,”徐说,助理教授化学。“现在我们已经解决了什么是真的在一个正常的健康的细胞,我们可以问下什么改变感染寄生虫和药物如何影响互动。”

典型的人类细胞有一个二维框架,支持外膜和一个三维的内部框架,它支持所有的细胞器内并作为交通系统在整个细胞。

血红细胞,然而,只有膜支持,没有内部脚手架,所以他们基本上一个气球充满了血红蛋白分子。因其简单的结构、红细胞是理想的研究框架,它支持所有细胞的膜。

电子显微镜图像显示sub-membrane早些时候在血红细胞细胞骨架蛋白质的三角网,让人想起一个测地线圆顶。但测量三角形单元的大小是由平缓的圆顶膜死亡和脱水的细胞,这扭曲了结构。

风暴细胞骨架

徐是一个博士后的发明者之一的哈佛大学实验室超分辨率显微镜,晓伟壮族,专家版本叫做风暴(随机光学显微镜重建)。超分辨率显微镜给更好的分辨率比标准10倍光学显微镜,可以很好的处理湿和活细胞。

标签血影蛋白分子的一端与染料揭示它与肌动蛋白的蛋白质在三角网格的顶点。超分辨率显微镜显示80纳米的顶点之间的距离,以及未知的漏洞网-弱点,使红细胞会重塑本身不打破。

使用风暴、徐前加州大学伯克利分校博士后引导盘和研究生瑞燕能够形象完整sub-membrane细胞骨架的新鲜红细胞和发现三角形网格的一半大小的发现在早期测量用电子显微镜:每一方长80纳米,而不是190纳米。

是至关重要的区别:网格的构建块是一个叫做血影蛋白的蛋白质,可延伸至约190纳米的最大长度。如果网格拉伸制成的血影蛋白,它是刚性的,徐说。但由于其正常长度是一个轻松的80纳米,它就像一个弹簧。

“这更像一个弹簧处于放松的状态,有很大的灵活性在压缩或拉伸,这给红细胞很多弹性在不同的生理条件下,如挤压通过一个狭窄的毛细管,“燕说。

在网格的顶点,五到六血影蛋白蛋白质聚集在一起,是一个不同的蛋白质:肌动蛋白。肌动蛋白是一个标准的一部分sub-membrane细胞骨架和细胞的主要结构成分之一。

眼泪在网

有趣的是,风暴在细胞骨架网从未洞透露,也可能是其灵活性的关键。

“这是网络中的一个缺陷,但可能是有原因的,”徐说,他也是一个陈扎克伯格Biohub调查员。“细胞想要改变结构迅速穿过毛细血管,并拥有这些缺陷有助于重组没有打破网格的形状。它可以作为一个弱点,他们试图挤过的事情,他们可以开始弯曲点。”

许真的发现了血影蛋白的关键结构的作用。虽然仍在哈佛,他利用风暴观察神经元的骨架结构,并发现肌动蛋白的蛋白质形成精确间隔环沿整个长度的轴突——可高达一英尺长——就像一条蛇的肋骨。他们相距190纳米,当他透过教科书蛋白质长度,他看到了血影蛋白。他随后风暴确认用于拉伸的状态,血影蛋白蛋白质之间的间距器戒指,让他们精确地分离。

“环骨架使轴突的但可弯曲结构非常稳定,”徐说,而常规的间隔可能是其导电率的关键。

超分辨率显微雇佣了一个技巧来克服光学显微镜的衍射极限,这可以防止传统光学显微镜解决事情小于半波长的光的大小,对可见光是约300纳米。

风暴涉及对单个分子,然后添加一个闪烁的光源光隔离每个独立于他人的地位,建立一个完整的形象就像1880年代艺术家发达点彩派,从单个点的油漆生产图片。

通常化学家把这些闪烁的来源中所有相同类型的分子细胞,如所有肌动蛋白分子,但是因为只有一小部分来源眨眼在任何一个时间,可以精确的确切位置。今天最好的分辨率大约10纳米,徐说,这是关于一个蛋白质或分子的大小。

这项工作是由中国国家自然科学基金的支持,一项皮尤生物医学学者奖和科学和工程的帕卡德奖学金。合著者和博士后万历导致了实验设计和数据分析。

这篇文章被转载材料所提供的加州大学伯克利分校。注:材料可能是长度和内容的编辑。为进一步的信息,请联系引用源。