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细胞膜上的“分子绘画(Molecular Activity Painting, MAP)”技术

细胞膜是介导细胞信号传导的中心场所。但是细胞膜具有相当程度的流动性,这让实时观测和研究发生在细胞膜局部的信号传导过程非常具有挑战性。最近,德国科学家发展出了一种被称为“分子绘画(Molecular Activity Painting, MAP)”的技术,它能够将细胞膜上信号分子“画”成微米级别的图案,该技术让实时研究发生在细胞膜局部的信号传导过程变为可能。

细胞膜上的“分子绘画(Molecular Activity Painting, MAP)”技术


这项成果是在德国马普化学基因组学中心的吴耀文课题组和德国多特蒙德大学及马普分子生理所的Leif Dehmelt课题组的合作下共同完成的,论文第一作者是陈西博士和Muthukumaran Venkatachalapathy博士。这些细胞里的分子绘画要比传统的雕刻和绘画小成千上万倍。“分子绘画”不仅仅是科学家们找到的乐趣,更重要的是这些“绘画”可以用来操控细胞的功能,并最终阐释各种复杂细胞过程和疾病在分子水平的运作机制。


细胞膜上的“分子绘画(Molecular Activity Painting, MAP)”技术Design of the NvocTMP-Cl dimerizer system and its implementationin“molecular-activitypainting”(MAP).


在这项工作中,一束共聚焦的激光作为“分子画笔”,将活细胞内的信号分子“墨水”绘在细胞膜“画板”上。这些分子“墨水”能够被固定,避免因细胞膜的流动而变得模糊。一旦这些分子“墨水”被“画”在细胞膜上,它们就可以扮演细胞调控因子的角色,比如控制细胞信号传导,诱导细胞膜的收缩和伸展以及细胞迁移等。在这项研究中,胞内信号分子构成的图案被用于控制细胞内的收缩形态,而这些收缩性的结构在许多生理过程中扮演着重要角色,比如胚胎发育和癌细胞的扩散转移等。

 细胞膜上的“分子绘画(Molecular Activity Painting, MAP)”技术

GEF-H1 painting of the letter “N” via approximately 1 μm wide lines of active GEF-H1-induced localized accumulation of myosin in the proximity of the perturbation pattern.


这项MAP技术的核心是NvocTMP-Cl化学分子,该分子含有一个光敏基团(6-nitroveratroyloxycarbonyl,Nvoc)保护的甲氨苄啶(Trimethoprim)分子通过聚乙二醇链与氯化烷基相连,NvocTMP-Cl分子通过其氯化烷基与固定在细胞表面的含有HaloTag的人工受体共价结合。光敏基团Nvoc在405nm的激光照射下发生解离,激活甲氧苄啶分子,之后招募胞浆中的带有eDHFR标签的信号蛋白,这样信号蛋白即时地固定在细胞膜上并形成相应的图案,使科学家得以在分子水平对信号分子介导的信号通路进行即时调控和成像研究。


MAP技术提供了一种新的光化学遗传学研究工具。这项工作被《德国应用化学》选为热点文章(Hot paper)和内封面文章。文章被发表在Angewandte Chemie International Edition (10.1002/anie.201611432)上。原文链接如下,或者点击下方阅读原文

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1002/anie.201611432/abstract


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