中科院Nature methods 新文章

　　

生物通报道  近日来自中国科学院生物物理研究所的研究人员在新研究中设计出了新型单体光活化荧光蛋白，这类荧光蛋白可应用于高分辨率显微镜中进一步改进活细胞成像。相关论文“Rational design of true monomeric and bright photoactivatable fluorescent proteins”发表在5月13日的《自然方法》（Nature methods）杂志上。

这是中国科学院生物物理所徐涛研究员和徐平勇研究员等人继2月份在PNAS发表“A unique series of reversibly switchable fluorescent proteins with beneficial properties for various applications”研究论文后，超高分辨显微成像领域的又一重大突破。

近期开发的高分辨率成像技术，例如光敏定位显微镜（PALM）、荧光PALM（FPALM）和随机光重建显微镜(STORM)，统称为(F)PALM/STORM，正以前所未有的分辨率彻底革新细胞超微结构研究。在许多情况下，遗传编码的分子可以作为(F)PALM/STORM首选的光电开关。超分辨率成像性能很大程度上依赖于光活化荧光蛋白(PAFPs)的特性。决定PAFPs实际应用的关键特性包括（但不限于）大小、亮度、成熟率和低聚性质、pH稳定性和开关后的光子负荷。此外，尽管常常被忽视，标记密度也限制了所有超分辨率荧光显微镜的有效空间分辨率。

EosFP是整体最好操作的一种绿变红PAFPs，因为它提供了所有已知PAFPs最高的光子输出信号。为了克服EosFP固有的四聚体性质，研究人员开发出了几个单体形式诸如mEosFP、串联二聚体(td)EosFP和mEos2。其中，mEos2 和 tdEosFP相比于mEosFP略胜一筹，因为mEosFP的生色团无法在37 °C成熟，限制了其在非哺乳动物细胞中的应用。tdEosFP被报道可引起大量标准目标错误定位，例如微管蛋白、组蛋白和中间丝，有可能是因为它的大尺寸导致。mEos2可以缓解EosFP的成熟问题，取得迄今为止PAFP达到的最好的定位精确度（一个维度约10nm）。

然而，mEos2往往会形成高浓度的二聚体和高度有序的低聚物。当mEos2用于标记膜蛋白时这一问题更为加剧，由于局限的二维运动和有限的旋转可造成局部很高的浓度。研究人员证实mEos2与膜蛋白融合时总是会引起错误的细胞内积聚，包括钙释放激活钙电流(CRAC)通道1(Orai1)，G蛋白偶联受体GRM4和葡萄糖载体4(GLUT4)。这些结果表明mEos2并非真正的单体，mEos2微弱的寡聚化倾向可能限制其作为融合标签（fusion partner）在活细胞中的应用。

在这篇文章中，研究人员解析了四聚体mEos2的晶体结构，基于晶体结构分析结果合理设计了改进版本mEos3.1 和 mEos3.2，相比于其他的EosFP变异体，mEos3.2在亮度、成熟、pH稳定性、光子负荷和标记密度等方面提供了最佳的整体性能，因此可作为一个新的探针在取代其他EosFPs应用于衍射极限和超分辨率显微镜中。

（生物通：何嫱）

生物通推荐原文摘要：

Rational design of true monomeric and bright photoactivatable fluorescent proteins

Monomeric (m)Eos2 is an engineered photoactivatable fluorescent protein widely used for super-resolution microscopy. We show that mEos2 forms oligomers at high concentrations and forms aggregates when labeling membrane proteins, limiting its application as a fusion partner. We solved the crystal structure of tetrameric mEos2 and rationally designed improved versions, mEos3.1 and mEos3.2, that are truly monomeric, are brighter, mature faster and exhibit higher photon budget and label density.

作者简介：

徐涛研究员
专家类别: 杰出青年,****,研究员

简历 & 研究组工作摘要：    

1992-1996年 华中科技大学生物医学工程 博士
1996-1999年 德国马克思-普朗克生物物理化学研究所  博士后
1999-2000年 华盛顿大学生理与生物物理系 Senior Fellow
2000-2003年 华中科技大学生物物理与生物化学研究所教授、所长，生命科学学院副院长；****特聘教授、国家杰出青年基金获得者
2003-2007年 中科院生物物理研究所研究员、入选“****”生物物理所副所长、生物大分子国家重点实验室副主任
2007年-至今 生物物理所所长，生物大分子国家重点实验室主任。现任中德马普合作小组主任，《科学通报》特邀编辑，THE JOURNAL OF BIOLOGICAL CHEMISTRY杂志特邀编辑，中国生物物理学会第八届理事会常务理事；中国生物物理学会膜与细胞专业委员会主任

主要研究方向
血糖调控涉及胰岛素的释放和葡萄糖转运体的上膜。这两个过程都需要囊泡的参与。本研究组主要以胰腺β细胞和脂肪细胞为对象，研究其中囊泡转运和融合过程的分子调控机制，阐明血糖调控的分子细胞机理。主要研究内容包括：胰岛素储存囊泡分泌过程中的蛋白质相互作用和胞内第二信使对分泌的调控作用；葡萄糖转运体在脂肪细胞内转运和上膜机制的研究；细胞内Ca2+信号的自稳平衡和对分泌的调控作用。