在活細(xì)胞中，大量瞬時(shí)事件同時(shí)發(fā)生，每個(gè)事件對(duì)于特定細(xì)胞執(zhí)行其功能都很重要。忠實(shí)記錄這些瞬態(tài)活動(dòng)是分子理解生命的先決條件，但獲得此類記錄極具挑戰(zhàn)性。
海德堡馬克斯·普朗克醫(yī)學(xué)研究所的科學(xué)家及其合作伙伴創(chuàng)造了一種新技術(shù)，可以通過熒光染料的化學(xué)標(biāo)記來記錄細(xì)胞事件以供以后分析，從而開辟了研究細(xì)胞生理學(xué)的全新方法。新方法現(xiàn)已發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。
瞬時(shí)細(xì)胞事件的記錄在檢查和理解生物過程中起著決定性作用，但它提出了重大的技術(shù)挑戰(zhàn)。理想的記錄方法應(yīng)該同時(shí)觀察大量細(xì)胞，可以在試管和活體動(dòng)物中工作，并且可以在以后檢索和分析記錄的觀察結(jié)果。到目前為止，滿足這些標(biāo)準(zhǔn)的方法在很大程度上還缺乏：新技術(shù)現(xiàn)在可以彌補(bǔ)這一差距。
MPI 醫(yī)學(xué)研究化學(xué)生物學(xué)系博士后研究員 Magnus-Carsten Huppertz 解釋說：“我們的技術(shù)基于記錄蛋白，當(dāng)其附近發(fā)生感興趣的事件時(shí)，記錄蛋白就會(huì)被熒光染料不可逆地標(biāo)記。” “這使得科學(xué)家能夠在體內(nèi)或體外并行研究大量細(xì)胞。”
可區(qū)分的底物記錄連續(xù)的活動(dòng)周期
由 Kai Johnsson 和 Julien Hiblot 領(lǐng)導(dǎo)的團(tuán)隊(duì)設(shè)計(jì)了當(dāng)特定細(xì)胞活動(dòng)和熒光底物同時(shí)存在時(shí)被標(biāo)記的蛋白質(zhì)。底物的洗入和洗出決定了記錄周期，而細(xì)胞活性決定了標(biāo)記程度。此外，通過使用可區(qū)分的底物，可以記錄一段活動(dòng)內(nèi)的不同階段。
在他們的研究中，為三個(gè)不同的中心興趣過程構(gòu)建了記錄器：受體激活、蛋白質(zhì)-蛋白質(zhì)相互作用和鈣離子 (Ca 2+ ) 濃度的變化。后者用于研究膠質(zhì)母細(xì)胞瘤(一種侵襲性腦腫瘤)細(xì)胞網(wǎng)絡(luò)中 Ca 2+變化的異質(zhì)性。
作者與馬丁斯里德馬克斯·普朗克生物智能研究所的 Lisa Fenk 和 Herwig Baier 團(tuán)隊(duì)密切合作，成功記錄了果蠅和斑馬魚的神經(jīng)元活動(dòng)模式。
“最終，我們開發(fā)了這樣一個(gè)多功能記錄平臺(tái)，用于并行分析體外和體內(nèi)大量同時(shí)瞬時(shí)細(xì)胞事件，”同一部門的博士后研究員 Jonas Wilhelm 總結(jié)道。
科學(xué)家在工作中面臨的主要挑戰(zhàn)是完善新開發(fā)的記錄儀平臺(tái)，以確保其在一系列生物模型系統(tǒng)中的穩(wěn)健性和高效性能。為了探索這項(xiàng)新技術(shù)在各種條件下的使用，他們建立了多種復(fù)合實(shí)驗(yàn)安排。
Magnus-Carsten Huppertz 和 Jonas Wilhelm 表示：“我們很高興能夠提供新的分子工具，這些工具有可能實(shí)現(xiàn)新型實(shí)驗(yàn)并加速神經(jīng)生物學(xué)和腫瘤學(xué)等不同領(lǐng)域的研究。” “我們很幸運(yùn)能夠與不同學(xué)科的科學(xué)家合作，使這項(xiàng)新技術(shù)成為可能。”
除了馬克斯·普朗克生物智能研究所外，德國癌癥研究中心 (DKFZ)、國家腫瘤疾病中心 (NCT)、海德堡大學(xué)、美國弗吉尼亞州珍妮莉亞研究園和洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院的科學(xué)家們也參與其中。瑞士洛桑聯(lián)邦理工學(xué)院 (EPFL) 為這項(xiàng)工作做出了貢獻(xiàn)。
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