細胞膜上信號轉導蛋白的單分子成像與分析

梁鈺昕, 趙 容, 梁馨月, 方曉紅

(中國科學院化學研究所, 分子納米結構與納米技術重點實驗室,北京分子科學國家研究中心, 北京 100190)

細胞作為生命的基本結構和功能單位, 需要時刻響應外界環境變化, 并正確做出存亡、 增殖、 分化和遷移等一系列決策[1]. 細胞決策依賴于復雜的信號轉導機制[2]. 細胞信號轉導起始于細胞膜上的信號轉導蛋白, 這些膜蛋白在接收到細胞外的刺激信號后, 會發生構象、 聚集狀態及動力學行為等的改變, 然后通過細胞內下游效應蛋白將信號傳遞并放大, 進而調節細胞核內基因的表達. 膜信號轉導蛋白的基因突變和異常表達等變化會導致細胞信號轉導異常, 這與許多疾病的發生、 發展密切相關[3,4], 研究這些膜蛋白的結構和功能不僅有助于揭示細胞信號轉導的機制, 還能促進這些疾病相關藥物的開發.

近年來, 熒光成像尤其是單分子熒光成像技術對生命化學的發展起到了重要的推動作用, 實現了無損、 原位、 高時空分辨地在活細胞中研究各種生理病理過程. 系綜方法只能檢測大量分子的平均行為, 而單分子熒光成像則可在生物體系中原位、 實時觀測單個目標分子, 從而揭示掩蓋在群體行為下生物分子的非均一性及動態變化. 對于細胞膜上的信號轉導蛋白, 采用單分子成像方法實現了對單個膜蛋白激活、 內吞及胞內轉運等過程的實時定量研究, 為深入研究其功能和調控機制提供了新工……