作者:庄小威等 来源:《自然—方法学》 发布时间:2012-5-21 14:45:50
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庄小威小组改进显微技术
 
在近期公布的美国国家科学院增选院士名单中,一位著名的华裔女科学家入选,这位青年科学家毕业于中国科技大学少年班,19岁考取全额奖学金赴美攻读博士学位,2003年荣获美国麦克阿瑟基金会评选出的“天才奖”,独得奖金50万美元。之后在她34岁的时候就成为了哈佛大学正教授。
 
她就是庄小威教授,今天她当选美国国家科学院院士,年仅40岁,这也是目前为止最年轻的华人院士,这位女科学家主要从事显微成像方面的研究,曾研发了一种比传统光学显微镜高10倍以上的分辨率的显微技术,并将这种技术命名为随机光学重建显微法(stochastic optical reconstruction microscopy,STORM)。
 
今年庄小威研究组又在之前研究的基础上,改进了STORM,通过双物镜STORM,揭示了肌动蛋白骨架纤维组织的三维结构,这篇题为“Dual-objective STORM reveals three-dimensional filament organization in the actin cytoskeleton”的文章,公布在Nature Methods杂志上。
 
随机光学重建显微镜(STORM)是一种高级的光学显微术,通过这一技术能够表现组织或细胞更加细微的结构。之前广泛应用于生物医学领域的光学显微技术由于受到衍射极限的限制,分辨率通常为几百个纳米左右。这要比细胞内典型的分子结构大,这样很多生物学的研究都无法用光学显微镜实现。
 
而STORM采用光转换荧光探针,在时间上分离相互重叠发光的荧光分子,然后重构得到高分辨率图像。应用这一想法,分子复合物,细胞及组织的二维,三维多色荧光成像的分辨率可达到数十纳米。这一技术可以记录纳米尺度的细胞内分子间相互作用及组织内细胞间的相互作用。
 
在这一基础上,庄小威等人又进行了改进,他们将散光成像(astigmatism imaging)与双物镜构架相结合,提高了随机光学重建显微镜STORM的成像分辨率,在生物成像中获得了小于10纳米的横向分辨率,以及小于20纳米的纵向分辨率。
 
采用这种方法,研究人员对细胞中的微丝进行了成像,揭示了这种重要细胞骨架的超微结构——微丝是由肌动蛋白(Actin)组成的直径约为7nm的纤维结构。肌动蛋白单体(全称为“球状肌动蛋白”,简称“G肌动蛋白”)表面上有一个ATP结合位点。肌动蛋白单体可一个接一个连成一串肌动蛋白链,而微丝则由两串这样的肌动蛋白链互相缠绕扭曲成而成。微丝对于细胞贴附、铺展、运动、内吞、细胞分裂等许多细胞功能具有重要作用。
 
从这一结构中,研究人员观察到在片状细胞突起中,有两个不同结构组织,垂直分层的肌动蛋白网络。这对于进一步解析微丝结构功能具有重要意义。
 
庄小威研究组利用STORM等技术获得了不少关键分子的结构,比如DNA模式样品和哺乳动物细胞的多色成像;对HIV病毒逆转录酶RT与核酸底物之间的相互关系进行了实时监控,获得了相关的动力学数据,对于艾滋病的治疗意义重大。
 
去年她还与另外一位华人科学家利用超分辨率荧光显微镜结合染色体构象捕获分析法对活体大肠杆菌细胞内的拟核相关蛋白(nucleoid-associated proteins ,NAPs)进行了跟踪观察,并由此揭示了细菌遗传物质组织机制。(来源:生物通 张迪)
 
 
 
 
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