熒光顯微鏡可視化觀察細(xì)胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸系統(tǒng)
熒光顯微鏡下的細(xì)胞紅綠燈
近日，“新國(guó)標(biāo)紅綠燈”、“新版紅綠燈”話題引發(fā)熱議，直沖各大平臺(tái)熱搜榜，很多人紛紛驚呼這設(shè)計(jì)是要搞出大量交通事故，幸好證實(shí)是虛驚一場(chǎng)，這種設(shè)計(jì)只會(huì)在少數(shù)情況下使用，不會(huì)推廣。在細(xì)胞中，其實(shí)也存在運(yùn)輸系統(tǒng)和紅綠燈，可以用熒光顯微鏡可視化觀察，相關(guān)研究還曾獲2013年諾貝爾獎(jiǎng)，比新版紅綠燈有意思，一起來(lái)了解下吧！
細(xì)胞中的“車輛”和“高速公路”
細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的定位、遷移和胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸，依賴于馬達(dá)蛋白和微管（Microtubule，簡(jiǎn)稱MT）的相互作用，前者相當(dāng)于“車輛”，而后者相當(dāng)于“高速公路”。2013年詹姆斯·羅斯曼、蘭迪·謝克曼和托馬斯·聚德霍夫3位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，獲得了2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
細(xì)胞中的車輛和高速公路①
細(xì)胞內(nèi)細(xì)胞器的定位、遷移和胞內(nèi)物質(zhì)運(yùn)輸，依賴于馬達(dá)蛋白和微管（Microtubule，簡(jiǎn)稱MT）的相互作用，前者相當(dāng)于“車輛”，而后者相當(dāng)于“高速公路”。2013年詹姆斯·羅斯曼、蘭迪·謝克曼和托馬斯·聚德霍夫3位科學(xué)家因發(fā)現(xiàn)細(xì)胞中囊泡轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制，獲得了2013年諾貝爾生理學(xué)或醫(yī)學(xué)獎(jiǎng)。
兩種馬達(dá)蛋白在微管上相向而行②
馬達(dá)蛋白有非常多種，通常關(guān)注的有兩種，動(dòng)力蛋白Dynein和驅(qū)動(dòng)蛋白Kinesin，兩種“車輛”運(yùn)動(dòng)方向剛好相反，前者主要負(fù)責(zé)從細(xì)胞的周圍到細(xì)胞的中心運(yùn)載細(xì)胞器和囊泡等貨物，后者主要負(fù)責(zé)從細(xì)胞的中心到細(xì)胞的中心運(yùn)載貨物，順便會(huì)把前者帶出來(lái)。熒光顯微鏡如何看到細(xì)胞中的車輛和公路？
熒光顯微鏡下的細(xì)胞微管（紅）和動(dòng)力蛋白（綠）②
動(dòng)力蛋白、驅(qū)動(dòng)蛋白和微管的相關(guān)研究通常在小鼠、果蠅等模式生物或培養(yǎng)細(xì)胞上進(jìn)行，微管可以使用Tubulin紅色熒光標(biāo)記染色，動(dòng)力蛋白和驅(qū)動(dòng)蛋白一般利用GFP標(biāo)記為綠色，由于觀察目標(biāo)非常小，因此一般建議使用MF43-N等研究級(jí)正置熒光顯微鏡，搭配高放大倍數(shù)、高數(shù)值孔徑的60X油鏡或100X油鏡。
熒光成像延時(shí)攝影②
為了觀察和記錄動(dòng)力蛋白/驅(qū)動(dòng)蛋白隨時(shí)間移動(dòng)的情況，還需要用到類似MC50-S等高靈敏度的顯微鏡相機(jī)，進(jìn)行延時(shí)攝影或視頻錄制，比如每300ms左右拍攝一張圖片或抽取視頻幀，然后多張圖片疊加，即可分析出移動(dòng)路徑。細(xì)胞交通中的紅綠燈MAPs
明美MC50-S相機(jī)下的神經(jīng)元熒光成像
動(dòng)力蛋白、驅(qū)動(dòng)蛋白的運(yùn)輸運(yùn)動(dòng)，受微管相關(guān)蛋白MAPs（Microtubule-Associated Protein）調(diào)節(jié)，因此MAPs蛋白又被稱為“細(xì)胞交通中的紅綠燈”，利用熒光標(biāo)記技術(shù)，可以實(shí)現(xiàn)神經(jīng)元的MAPs清晰成像。
明美MC50-S相機(jī)下的熒光成像
在神經(jīng)細(xì)胞領(lǐng)域，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)MAP2、tau和MAP1b等微管相關(guān)蛋白MAPs會(huì)影響動(dòng)力蛋白、驅(qū)動(dòng)蛋白，在小鼠活體實(shí)驗(yàn)中單獨(dú)敲除單個(gè)MAP不一定導(dǎo)致問(wèn)題，表明這些MAPs可能有互補(bǔ)關(guān)系，就像紅綠燈壞掉其中一個(gè)，并不會(huì)讓交通信號(hào)完全無(wú)法判斷。
MAP1B變異（綠）導(dǎo)致神經(jīng)元退化（紅）③
但基因突變等問(wèn)題導(dǎo)致MAPs異常，就可能引發(fā)神經(jīng)元退化等問(wèn)題，比如MAP1B變異導(dǎo)致神經(jīng)元退化、tau蛋白異常磷酸化導(dǎo)致阿茲海默癥，這就像紅綠燈異常亮起，紅黃綠全亮，車輛就摸不著頭腦該走還是該停了。
相關(guān)研究還在繼續(xù)深入中
熒光顯微鏡MF43-N
“細(xì)胞紅綠燈”非常有意思，值得深入，相關(guān)研究還在繼續(xù)進(jìn)行中，因?yàn)樾枰罴?xì)胞成像，因此研究級(jí)熒光顯微鏡在其中依舊扮演著重要的角色，如果您有需要進(jìn)行相關(guān)的研究，我們推薦使用明美MF43-N正置熒光顯微鏡，成像質(zhì)量高，使用方便，近年也有多位老師使用這款顯微鏡完成了高質(zhì)量論文的發(fā)布，您和驚艷的熒光成像效果，可能就只差一通電話和一場(chǎng)試用。附錄：
①Source：learn.genetics.utah.edu
②DOI:10.1242/jcs.115.7.1453 Source:PubMed
③DOI: 10.1523/JNEUROSCI.2757-14.2015 Source: PubMed
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