Nat Methods解读：科学家开发出新型成像技术 或能揭示细胞骨架蛋白扮演的新角色！

2020年8月19日 讯 /生物谷BIOON/ --当骨骼帮助机体移动时，细胞中骨架样的细丝同样能够帮助细胞结构移动，近日，一项刊登在国际杂志Nature Methods上题为“Actin chromobody imaging reveals sub-organellar actin dynamics”的研究报告中，来自索尔克研究所等机构的科学家们通过研究开发出了一种新型成像方法，其能帮助研究者对一类名为肌动蛋白（actin）的细丝结构进行监测。

研究者Uri Manor说道，肌动蛋白是细胞中最丰富的蛋白，如果能对其成像的话，我们会看到其布满了整个细胞，截至目前为止，我们还很难分辨单个肌动蛋白的位置，因为我们很难从所有背景中分离出相关的信号。在这种新型成像技术的帮助下，研究人员已经能够解析肌动蛋白如何介导一种重要功能，即帮助线粒体一分为二，这项研究工作此前发表在Nature Methods杂志上，研究人员深入理解了线粒体功能异常发生的原因，线粒体功能异常与癌症、衰老和神经变性疾病发生直接相关。

图片来源：Salk Institute/Waitt Advanced Biophotonics Center

线粒体的分裂是这些产生能量的结构或细胞器分裂和繁殖的过程，其嫩敢作为正常细胞功能维持的一部分，细胞器不仅会在细胞自身分裂时发生分裂，而且在细胞处于高水平压力或线粒体受损时也会发生分裂。然而，目前研究人员并不清楚线粒体一分为二背后的分子机制，尤其是最初的压缩是如何发生的，研究者表示，从细胞中完全移除肌动蛋白或会减少线粒体的分裂，这就说明肌动蛋白在该过程中扮演着关键角色，但是破坏所有肌动蛋白就会导致许多细胞缺陷，因此研究人员很难确定肌动蛋白在任何一个过程中所扮演的关键角色。

为此，研究人员开发了一种新方法来对肌动蛋白成像，相比利用荧光蛋白来标记肌动蛋白，研究人员开发出了一种肌动蛋白探针，其能靶向线粒体的外膜，只有当肌动蛋白距离线粒体10纳米以内时，其才会吸附到传感器上并诱发荧光信号增加。如果肌动蛋白和细胞器之间没有离散的相互作用的话，肌动蛋白或许就会随意分布在所有线粒体膜周围，但研究人员发现了肌动蛋白的热点；当仔细观察时，这些热点位于内质网穿越线粒体的相同位置，也就是此前的分裂位点；实际上，当研究者观察到肌动蛋白的热点随着时间推移而点亮和消失时，他们发现，97%的线粒体分裂位点周围都有肌动蛋白荧光，研究者推测，另外3%的分裂位点或许也存在肌动蛋白。

研究者Cara Schiavon说道，这是我见过最清晰的证据，表明肌动蛋白或许会在分裂位点不断积累，这或许要比使用其它任何肌动蛋白标记都更容易观察到；通过改变肌动蛋白探针使其能吸附到内质网膜上而不是线粒体上，研究人员就能拼凑出不同成分加入到线粒体分裂过程中的顺序，研究结果表明，肌动蛋白或许会在到达内质网之前就吸附到线粒体上，这对于阐明内质网和线粒体如何相互协作来促进线粒体的分裂至关重要。

研究者表示，他们还在其他细胞器（包括内膜体、溶酶体和过氧化物酶体）分裂的位点观察到了相同的内质网相关肌动蛋白的积累，这就揭示了肌动蛋白在细胞器的动力学和稳态方面（生理平衡）扮演着非常广泛的新角色；未来研究人员希望能深入研究揭示改变线粒体动力学的基因突变如何影响肌动蛋白与线粒体之间的相互作用；他们还计划采用肌动蛋白探针来观察与其它细胞膜最接近的肌动蛋白。研究者Tong Zhang指出，这是一种通用的工具，如今其能用于多种不同的应用，通过更换靶向序列或纳米体，你就可以解决细胞生物学中的其它基本问题。

最后研究者表示，目前我们正处于使用显微镜的黄金时代，不断有新的分辨率越来越高的仪器被开发出来，但尽管如此，我们所能观察到的事物仍然有很大的局限性，未来这些强大的显微镜或许能与新的方法结合起来准确地选择我们想要看到的东西，这或许就要得益于新一代成像技术的帮助了。（生物谷Bioon.com）

参考资料：

【1】Imaging method highlights new role for cellular 'skeleton' protein

【2】Schiavon, C.R., Zhang, T., Zhao, B. et al. Actin chromobody imaging reveals sub-organellar actin dynamics. Nat Methods (2020).doi：10.1038/s41592-020-0926-5