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超分辨率显微镜显示细胞网的精细细节

今天最锐利的成像工具之一,超分辨率显微镜,产生闪亮的图像,直到现在一直是模糊的细胞内部,不仅详细介绍细胞的内部器官和骨骼,还提供细胞惊人的灵活性的见解。

在最新一期的Cell Reports期刊中,Ke Xu和他在加州大学伯克利分校的同事使用该技术提供了支持红细胞外膜的测地网的清晰视图,揭示了为什么这些细胞坚固而又足够灵活当它们将氧气输送到我们的组织时挤压狭窄的毛细血管。

这一发现最终有助于揭示疟疾寄生虫在入侵并最终摧毁红细胞时如何劫持这种称为亚膜细胞骨架的网状物。

“人们知道寄生虫与细胞骨架相互作用,但它是如何做到的还不清楚,因为没有好的方法来观察结构,”化学助理教授徐说。“现在我们已经解决了正常健康细胞的真实情况,我们可以询问寄生虫感染后的变化以及药物如何影响相互作用。”

典型的人体细胞具有支持外膜的二维骨架和三维内部骨架,支持内部的所有细胞器,并作为整个细胞的运输系统。

然而,红细胞仅具有膜支持物而没有内部支架,因此它们基本上是充满携带氧的血红蛋白分子的球囊。由于其结构简单,红细胞非常适合研究支持所有细胞膜的骨架。

早期的电子显微镜图像显示,红细胞中的亚膜细胞骨架是一个三角形的蛋白质网状结构,让人联想到一个测地圆顶。但测量三角形亚单元的大小是通过压平死亡和干燥的细胞的圆顶膜来实现的,这会使结构扭曲。

暴露细胞骨架

徐先生是哈佛大学实验室的博士后研究员,他是超分辨率显微镜的发明者之一,肖伟伟,是STORM(随机光学重建显微镜)版本的专家。超分辨率显微镜的分辨率比标准光学显微镜高10倍,适用于湿细胞和活细胞。

用染料标记血影蛋白分子的一端揭示它在三角网格的顶点处与肌动蛋白连接的位置。超分辨率显微镜显示顶点之间有80纳米的距离,以及网状物中未预料到的间隙 - 可能使红细胞自身重塑而不会破裂的弱点。

使用STORM,Xu,前Berkeley博士后Leiting Pan和研究生Rui Yan能够对新鲜红血细胞的完整亚膜细胞骨架进行成像,并发现网格的三角形大约是之前测量的三角形。电子显微镜:每边长80纳米,而不是190纳米。

区别至关重要:网格的构建块是一种叫做“光谱分析”的蛋白质,可以拉伸到最大长度约190纳米。Xu说,如果网状物是由拉伸的血影素制成的,那将是僵硬的。但由于它的正常长度是一个宽松的80纳米,它就像一个弹簧。

“它更像是处于松弛状态的弹簧,在压缩或拉伸下具有很大的弹性,因此在不同的生理条件下,例如通过狭窄的毛细管挤压,使红细胞具有很大的弹性,”Yan说。

在网格的顶点,五到六个血影蛋白聚集在一起,是一种不同的蛋白质:肌动蛋白。肌动蛋白是亚膜细胞骨架的标准部分,是细胞的主要结构成分之一。

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