新成像技术揭示新的细胞秘密

现在，来自美国斯道尔医学研究所和科罗拉多大学波德分校的一个研究小组，设计出一种新的光学技术，来解决活酵母细胞中SPB复制的单个组件。在这个过程中，他们已经发现了许多曾被认为很老套的惊人事实。不仅如此，他们还在细胞成像领域开辟了新的可能性。这项研究将发表在2015年9月15日的在线杂志《eLife》。

　　

生物通报道：细胞有丝分裂，在某种程度上依赖于将纺锤体延伸以拉开染色体对的小细胞器。在它们执行这一重要任务及其他任务之前，这些微小的圆柱结构——在动物中被称为中心粒，在酵母中被称为纺锤体极体（SPBs）——必须进行自我复制。

然而，由于当前显微镜的限制，关于这个纳米级过程的许多见解，仍然没有得以揭示。光学方法不能解决低于某些波长极限的物体，而非光学方法，如电子显微镜（EM）只能研究无生命的细胞。延伸阅读：用于高分辨率细胞成像的新分子。

现在，来自美国斯道尔医学研究所和科罗拉多大学波德分校的一个研究小组，设计出一种新的光学技术————结构照明显微镜（SIM）和单颗粒平均法（SPA）相结合，来解决活酵母细胞中SPB复制的单个组件。在这个过程中，他们已经发现了许多曾被认为很老套的惊人事实。不仅如此，他们还在细胞成像领域开辟了新的可能性。这项研究将发表在2015年9月15日的在线杂志《eLife》。

这项研究的指导者Sue Jaspersen博士说：“使用SIM来研究SPB结构，完全改变了我们可以问答的问题类型，因为样本数量不再受限制， SIM很可能在活细胞中起作用。”

多年来，EM——使用一束电子来实现分子甚至原子级分辨率，已经成为研究SPBs理所当然的技术手段。然而，EM有它的重大限制，例如，它在活细胞中不起作用。

该研究小组选择SIM作为一种光学替代品。SIM使用水平线的激光产生场，向一个样本上投射一个干扰图案。根据本文共同作者Jay Unruh博士介绍，对这些模式进行分析，可使研究人员能够有效地将分辨率翻倍。他说：“基本上，精细结构的物体，可以一种新的方式干扰线条模式，这在尺寸上更大。”

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就其所有优点来说，SIM还涉及筛选相当多的噪音。要处理这个问题，并且更好地定位研究中的物体——可以假定它们有不同的形状和位置，该研究团队转向SPA。在这项技术中，研究人员将大量的图像在三维空间中沿着参考点对齐，然后将它们分为一个个单一的特征图像。结果得到一副关于“细胞内发生了什么”的更清晰、更可靠的图片。

Jaspersen说：“可能由于噪声而引起的小偏差被消除，我们可以定位具有较高可信度的蛋白质，往往比单独使用SIM的精确度更大。我们估计，精确度在10-30 nm的分辨率范围。”

SPA-SIM技术构成了双色结构照明显微镜方法的一部分，这种方法使用内源性表达的荧光蛋白的衍生物。通过基因技术，研究人员使目标蛋白质与2个标准的荧光蛋白相融合，它们将在酵母自然表达该基因的时候，呈现出来。

根据Unruh介绍，这项研究首次将SPA与SIM结合使用，是第一篇关于双色超分辨率SPA的论文。此外，其他的研究都集中在几个蛋白质对，而目前的研究则描述了相当大一部分的大的、多蛋白质复合物。”

“这些结构可能已被许多人认为是“解决了”的，但是，我们通过EM知道它们的样子，我们知道这些部分之间的物理相互作用，当我们最终能在细胞中研究它们的信息时，是非常令人惊喜的。”

在这些惊喜当中：SPB复制，曾经被认为发生在细胞间期的G1期，现在似乎开始于有丝分裂结束时。此外，SPBs附着于细胞核包膜的结构，并不是曾经认为的形成于复制结束时，而是在复制过程中。

这项研究还报道了一些从未见过的结构特征，包括“半桥伸长的结构和时间、卫星的组成和膜孔的形成。”

但这只是开始。据Jaspersen介绍，除了SPB结构之外，SPA-SIM技术还适用于各种各样的物体。他表示：“如果有一些已知的参考蛋白可以使用，这种方法可以应用于任何正常的细胞结构。”

（生物通：王英）

生物通推荐原文：
eLife, on September 15, 2015.