超分辨熒光蛋白開發(fā)研究獲進展

綠色熒光蛋白(GFP)的發(fā)明因其能夠提供對于活細胞和活體動物的靶向基因修飾標記而獲得2008年諾貝爾化學獎。進一步，由基因改造的光激活熒光蛋白(PA-FP)能夠提供單分子特性，而實現(xiàn)了超分辨顯微，使得這一技術(shù)獲得2014年諾貝爾化學獎。隨后，超分辨的發(fā)展向著活細胞動態(tài)超高時空分辨率顯微邁進。其中，光學漲落超分辨成像技術(shù)(SOFI)因其可以突破單分子發(fā)光限制，同時實現(xiàn)多個熒光分子高速成像而迅速成為國際關(guān)注的熱點。

最近，北京大學工學院席鵬課題組與中科院生物物理所徐平勇課題組、華中師范大學彭建新課題組聯(lián)合攻關(guān)，研發(fā)了一種可以用于高速活體細胞超分辨率顯微的熒光蛋白，并將其命名為Skylan-S。這一染料的顯著特點是，它比現(xiàn)有的適用于SOFI成像的熒光蛋白Dronpa的亮度高6～8倍，漲落動態(tài)范圍高4倍，同時具有極高的光學穩(wěn)定性和開關(guān)特性。同時，Skylan-S是一種單體，因此能夠用于活細胞成像?；谶@些特性，科學家們將其應(yīng)用于SOFI和PALM超分辨成像中。在SOFI成像中，獲得了1.5 s的超高時空分辨率成像(每幀3 ms，500幀進行SOFI重構(gòu))，可利用4階SOFI獲得CCP的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，空間分辨率好于100 nm。同時，Skylan-S能夠動態(tài)觀察亞細胞結(jié)構(gòu)60 s以上。而Dronpa在第一幀就無法實現(xiàn)這一高分辨率，在30 s中超過一半染料被漂白。利用Skylan-S和Dronpa分別標記細胞的肌動蛋白絲，證明Skylan-S能夠以豐富灰階顯示不同標記濃度的蛋白絲的精細結(jié)構(gòu)，而Dronpa則僅能提供信噪比非常有限的圖像。Skylan-S同時具有很好的單分子特性，適用于PALM成像。同時，它也廣泛適用于傳統(tǒng)的共聚焦和雙光子成像。

這一工作近期發(fā)表在國際著名期刊ACS Nano上，第一作者為中科院生物物理所的博士生張茜和北京大學的博士生陳軒澤。該工作得到國家“973”計劃、國家重大儀器發(fā)展專項、國家自然科學基金、北京市自然科學基金、中科院基金等的資助。

席鵬課題組致力于超分辨率顯微成像方面的研究，2015年以來發(fā)表的工作有:通過逆復用實現(xiàn)光譜分離的聯(lián)合標記SOFI，發(fā)表于Nature出版的Scientific Reports期刊;利用轉(zhuǎn)盤式共聚焦的層析能力與多種超分辨模態(tài)結(jié)合(3D-MUSIC)實現(xiàn)的三維超分辨顯微，發(fā)表于Springer和清華大學出版社聯(lián)合出版的Nano Research期刊。

(信息來源:北京大學新聞中心)