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单分子实时成像和表征研究获进展

  单分子实时成像和表征研究的进展

  细胞膜上的绿色荧光蛋白TGF-βII单受体分子图像
中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术实验室中科院近日与清华大学生物系合作,通过细胞单细胞成像在研究转化生长因子受体的聚集和激活状态方面取得了重要进展。相关研究成果发表于2009年“中国科学院院刊”2009年第106卷。据悉,单分子技术是20世纪末新技术的快速发展。目前,生物系统中的单分子研究,尤其是活细胞中单个生物分子动态行为的原位实时检测已成为单分子技术发展的主要目标和前沿方向。中国科学院化学研究所分子纳米结构与纳米技术实验室研究人员在国家自然科学基金重大科研项目,科学部和纳米科学重大科学研究计划和中国科学院等相关项目的支持下,长期致力于活细胞系统单分子原位实时成像和表征方法,建立了活细胞单分子荧光成像和单分子力光谱学,可用于研究膜蛋白受体相关激活细胞信号传导途径,胞吞作用和配体结合。 TGF-β信号通路在细胞增殖,分化,凋亡和个体发育中发挥重要作用,并且与多种疾病(例如癌症)的发生和发展有关。信号转导的第一步是配体TGF-β与细胞膜上特异性受体的结合以激活受体。 TGF-β受体属于丝氨酸/苏氨酸激酶受体。生物学建立的信号转导通路模型认为,此类受体在静息状态下同二聚体或寡聚体形式的配体TGF-β刺激和I型受体异聚和活化。这与通常在另一类经典生长因子受体 - 酪氨酸激酶受体中发现的配体诱导的单体二聚化发生的活化模型形成鲜明对比。但是,由于研究方法的局限性,以前对于激活前后TGF-β受体聚集状态的研究都是在受体过表达和离体(细胞破碎)条件下获得的,是否反映受体的生理状态国家的积累一直存在疑问。研究人员使用单分子荧光成像来控制细胞膜上的受体表达量,并实现细胞膜上单个TGF-β受体的实时成像。基于对TGF-βII受体单分子荧光强度和单分子荧光漂白步骤的统计,发现受体主要以单体形式存在于休眠状态,配体刺激后二聚体比例显着增加。同时,还发现该二聚体的形成不受表达TGF-β1型受体的细胞的影响,表明TGF-βII型受体具有与酪氨酸激酶如表皮生长因子受体EGFR激活单体二聚化。对于处于静息状态的细胞,当受体表达量增加时,形成寡聚体如二聚体。这解释了为什么基于过去基于过度表达受体的生物化学研究发现没有发现II型受体的单体形式,除了在活化之前,II型受体等可能以二聚体存在。总之,研究人员提出,配体诱导的单体受体激活模型的二聚化对于丝氨酸/苏氨酸激酶受体TGF-βII受体仍然是有效的。据报道,单细胞成像和活细胞追踪为研究细胞信号转导的分子机制提供了一条新的途径。
 

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