nature

当前位置: Nature » 生物技术 » 正文

Nature Communications:利用蛋白迁移图像解析细胞内拓扑结构

摘要 : 科学家们已经发现新方法测量细胞内蛋白的移动。通过开发一种新的荧光显微镜为基础的技术,研究者能够测量活细胞中多长时间蛋白挪动距离为0.2到3微米。

 科学家们已经发现新方法测量细胞内蛋白的移动。通过开发一种新的荧光显微镜为基础的技术,研究者能够测量活细胞中多长时间蛋白挪动距离为0.2到3微米。

利用蛋白迁移图像解析细胞内拓扑结构

由细胞结构形成的许多障碍物妨碍蛋白在细胞内移动。海德堡大学和德国癌症研究中心的研究人员通过多时间和长度尺度观察活细胞内蛋白成功绘制细胞内拓扑结构图像。在Karsten Rippe博士指导下,该团队分析数据并开发一种数学模型重建细胞内结构。他们的研究成果发表的近期的《Nature Communications》期刊上。

细胞内结构如细胞膜、细胞骨架和DNA基因组在细胞内形成一种动态的三维迷宫。蛋白质不得不寻找它们的路径到达它们活动的位点。因此,细胞内部的空间结构是蛋白质转运和细胞功能的关键因素。“在许多微管研究中显示了细胞结构。但是仍然不清楚散布的蛋白如何在细胞中‘感知’障碍物的内部网络,”Rippe博士说。为了解决这一问题,他的团队设计一种方法从蛋白的随机运动推断细胞的拓扑结构。该团队建立其自己的荧光光谱法系统观察荧光蛋白。根据Karsten Rippe,最大的障碍是细胞核中稠密的DNA填充区。

“蛋白在细胞中移动很像迷宫游戏中的弹珠,移动路径穿过迷宫,”研究第一作者Michael Baum说,他追踪这项研究作为其海德堡大学博士论文的一部分。弹珠很容易挪动短距离,不过它们遇到障碍物就会放慢向前移动的速度。导致“停-走”移动与较少平均速度穿过长距离。在他们的蛋白运动分析中,海德尔堡的研究人员绘制距离和这次旅行所必须的相应迁移时间,结果算出障碍物之间的平均距离。基于此数据的数学模型使得科学家们能够描绘测量细胞中蛋白运动,并且重建出比目前能达到的光学显微镜图像具有更好分辨率的拓扑结构,Rippe博士指出。

“蛋白质移动通过细胞遇到的障碍物结构是多孔的,就像海绵,”海德尔堡的研究人员解释说。大蛋白有时候陷入这种动态结构数分钟。而且,化学疗法或治疗疟疾中使用的药物被发现影响细胞核中蛋白的迁移率,并且使DNA茂密处更加有渗透性。Rippe博士和他的团队现在计划应用这种新方法在海德堡大学的BioQuant中心和德国癌症研究中心进一步实验。他们将集中于药物在细胞结构中造成的变化与蛋白质转运之间的相互关系。

原文摘要:

Retrieving the intracellular topology from multi-scale protein mobility mapping in living cells

Michael Baum, Fabian Erdel, Malte Wachsmuth & Karsten Rippe

In living cells, most proteins diffuse over distances of micrometres within seconds. Protein translocation is constrained due to the cellular organization into subcompartments that impose diffusion barriers and guide enzymatic activities to their targets. Here, we introduce an approach to retrieve structural features from the scale-dependent mobility of ​green fluorescent protein monomer and multimers in human cells. We measure protein transport simultaneously between hundreds of positions by multi-scale fluorescence cross-correlation spectroscopy using a line-illuminating confocal microscope. From these data we derive a quantitative model of the intracellular architecture that resembles a random obstacle network for diffusing proteins. This topology partitions the cellular content and increases the dwell time of proteins in their local environment. The accessibility of obstacle surfaces depends on protein size. Our method links multi-scale mobility measurements with a quantitative description of intracellular structure that can be applied to evaluate how drug-induced perturbations affect protein transport and interactions.

来源: 生物帮 浏览次数:51

热门文章TOP

RSS订阅 - 填写您的邮件地址,订阅我们的精彩内容: - 网站地图
网站联系电话:020-87540820 备案号:粤ICP备11050685号-8 增值电信业务经营许可证:粤B2-20120479
©2011-2015 生物帮 All rights reserved.