基于搭載在倒置顯熒光微鏡HM-Fluo-01上的全內(nèi)反射熒光的熒光相關(guān)光譜技術(shù)(AohuiGuangzhou)用來表征體外雙分子層Lo和Ld區(qū)域分布及紅外光照前后兩相擴(kuò)散速率變化情況圖3，解釋了納米加熱器靶向細(xì)胞膜不同功能域引起的細(xì)胞遷移行為變化與細(xì)胞膜相分離程度相關(guān)
本文作者：陳小青 博士
華東師范大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院
異質(zhì)性是細(xì)胞膜生物物理化學(xué)最重要的特性之一。細(xì)胞膜上富含膽固醇/鞘脂的高度動(dòng)態(tài)的結(jié)構(gòu)域，被稱為脂筏。脂筏充當(dāng)信號分子組裝平臺(tái)，參與多種信號轉(zhuǎn)導(dǎo)過程。
然而，由于脂筏高度動(dòng)態(tài)特性，成像技術(shù)難以對活細(xì)胞 華東師范大學(xué)化學(xué)與分子工程學(xué)院李迪教授團(tuán)隊(duì)長期致力于發(fā)展利用各種物理或化學(xué)方法擾動(dòng)脂筏，探索脂筏的成分、尺寸、壽命等物理參數(shù)與下游信號通路間的關(guān)聯(lián)。
近期，李迪教授與中國科學(xué)院上海有機(jī)化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心葛一凡副研究 員合作，提出利用局域溫度變化擾動(dòng)細(xì)胞膜功能域分布的策略。
作者利用DNA折紙技術(shù)制備了兼具高空間分辨和化學(xué)分辨的光熱響應(yīng)分子工具，通過近紅外激光操縱局部脂質(zhì)環(huán)境溫度來擾動(dòng)脂筏的相分離程度（圖1）。
相關(guān)研究工作以“高空間分辨熱操縱細(xì)胞膜異質(zhì)性改變細(xì)胞遷移及信號通路 （ High Spatial-resolved Heat Manipulating Membrane Heterogeneity Alters Cellular Migration and Signaling）”為題，發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）雜志上。
PNAS, 2023, 120, e2312603120。
論文鏈接 https://doi.org/10.1073/pnas.2312603120。
圖1. 對細(xì)胞膜區(qū)域選擇性加熱分子工具及細(xì)胞遷移行為變化
研究發(fā)現(xiàn)，局部熱擾動(dòng)導(dǎo)致的膜流動(dòng)性變化會(huì)改變膜相分離程度，進(jìn)而影響細(xì)胞遷移行為。其中，對非脂筏域的熱擾動(dòng)能夠大大增加細(xì)胞遷移能力。
進(jìn)一步分子機(jī)制研究表明，細(xì)胞行為變化與整合素重新分布相關(guān)。區(qū)域選擇性加熱改變了細(xì)胞膜脂筏域和非脂筏域的界面線張力，穩(wěn)定或失穩(wěn)整合素成簇，進(jìn)而影響與細(xì)胞遷移密切相關(guān)的黏著斑，導(dǎo)致不同的遷移行為變化（圖2）。
圖2. 區(qū)域選擇性加熱引起細(xì)胞膜不同功能域間界面張力變化
與既往研究不同，該工作首次探討了在不干擾質(zhì)膜磷脂構(gòu)成的情況下通過構(gòu)建高空間分辨率的溫度差異，利用物理因素調(diào)控細(xì)胞膜異質(zhì)性程度，探索其下游信號通路關(guān)系。該工作開發(fā)的分子工具可用于探索細(xì)胞膜異質(zhì)性與細(xì)胞功能間關(guān)系，建立細(xì)胞膜理化參數(shù)與細(xì)胞功能間的關(guān)聯(lián)。
在整個(gè)研究中，多種先進(jìn)的光學(xué)成像技術(shù)對于科學(xué)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與解釋都起到了較大的推動(dòng)作用。
基于搭載在倒置顯熒光微鏡（HM-Fluo-01）上的全內(nèi)反射熒光的熒光相關(guān)光譜技術(shù) o 和L d 區(qū)域分布及紅外光照前后兩相擴(kuò)散速率變化情況（圖3），解釋了納米加熱器靶向細(xì)胞膜不同功能域引起的細(xì)胞遷移行為變化與細(xì)胞膜相分離程度相關(guān)。
圖3. 納米加熱器處理誘導(dǎo)筏模擬混合物中脂質(zhì)堆積行為變化
HM-Fluo-01倒置顯微成像平臺(tái)
圖4. 納米加熱器處理后膜流動(dòng)性變化
HM-SR-Con 共聚焦 顯微鏡
采用適合活細(xì)胞高速成像 HM-SR-Con )，觀察并分析不同條件處理后的細(xì)胞24 h內(nèi)的運(yùn)動(dòng)軌跡（圖5A）。通過分析細(xì)胞運(yùn)動(dòng)速度、擴(kuò)展面積等參數(shù)得出光熱細(xì)胞非脂筏域能促進(jìn)細(xì)胞遷移。同時(shí)在點(diǎn)掃式激光掃描共聚焦顯微鏡下可清楚觀察到非脂筏域加熱的細(xì)胞絲狀偽足突起明顯，且細(xì)胞遷移相關(guān)的黏著斑激酶（FAK）與其有良好的共定位（圖5F）。 圖5. 靶向加熱處理導(dǎo)致區(qū)域依賴的細(xì)胞遷移變化
基于廣州微視光學(xué)的STORM
圖6. 納米加熱器與細(xì)胞功能域空間定位
本研究中關(guān)鍵數(shù)據(jù)之一“分子工具與細(xì)胞膜不同功能域的空間共定位”是在廣州微視光學(xué)科技公司的直接隨機(jī)光學(xué)重建顯微鏡（dSTORM）上采集的（圖6）。李迪教授團(tuán)隊(duì)采購了微視光學(xué)科技公司在國內(nèi)銷售的第一臺(tái)STORM-AFM聯(lián)用顯微鏡，該顯微鏡在雙色熒光共定位消色差、光學(xué)系統(tǒng)集成等方面具有獨(dú)特優(yōu)勢。
AFM-STORM聯(lián)用顯微鏡
該研究受到了國家自然科學(xué)基金、生命分析化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室、電分析化學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的資助?；瘜W(xué)與分子工程學(xué)院2020級博士研究生陳小青為該論文第一作者，李迪教授和葛一凡副研究員為論文通訊作者。
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