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上海光源科學中心、上海交通大學合作發展X射線顯微成像遺傳編碼探針
文章來源:    發布時間:2020-04-27

近日,上海光源科學中心研究員諸穎、胡鈞、王麗華和上海交通大學教授樊春海院士的聯合團隊發展了一種X射線遺傳編碼探針,成功在同步輻射X射線顯微鏡上實現了對細胞內特定蛋白質的內源標記和原位納米分辨成像。該研究成果近日以Genetically encoded X-ray cellular imaging for nanoscale protein localization爲題發表于《國家科學評論》上(National Science Review2020DOI: 10.1093/nsr/nwaa055) 

從第一台光學顯微鏡到熒光顯微鏡再到最新的超分辨熒光顯微鏡,顯微成像技術的發展始終伴隨著生物學研究的發展。與可見光相比,X射線的波長很短,因此,基于同步輻射的X射線顯微鏡具有內禀的高分辨和強穿透能力,可以對完整細胞進行納米分辨成像。然而,由于缺乏高特異性生物探針,現有的X射線顯微成像多依賴于外源探針,步驟較多且容易帶來誤差。因此,尋找“X射線顯微鏡的GFP”成爲一個迫切需求(GFP即綠色熒光蛋白,是由錢永健等人發展的熒光成像遺傳編碼探針)。 

研究者將經過基因改造的過氧化物酶(APEX2)用作X射線遺傳編碼探針。在哺乳動物細胞中,帶有APEX2標簽的特定蛋白質表達後,APEX2可以原位催化DAB單體形成X射線顯微鏡下可見的聚合物,從而實現成像。使用新探針APEX2,研究者能夠以25-30 nm的超高空間分辨率觀察到細胞內多種蛋白質分子和亞細胞結構,其成像能力優于EGFP標記的熒光共聚焦顯微鏡,二者的半峰全寬(FWHM)分別約爲20-30 nm和超過200 nmX射線標簽具有優越的光穩定性,可以長時間觀察細胞內和細胞間發生的分子事件。而利用X射線的高能量分辨性質,還可以實現對細胞內多種蛋白質的同時觀測。該研究建立了一個高通用性的同步輻射細胞顯微成像平台。 

該工作前後曆時7年,得益于上海光源科學中心對同步輻射前沿應用in-house研究的長期支持,同時也得到了加拿大光源和韓國浦項光源等多個同步輻射軟X射線譜學顯微線站的幫助。相关工作得到国家重点研发计划、中國科學院重大科技基础设施开放研究项目、国家自然科学基金委、卢嘉锡国际团队项目和中科院青年创新促进会的支持。 

X射線成像遺傳編碼探針對細胞內特定蛋白質的內源標記和原位納米分辨成像