湖大谭蔚泓院士团队Nature Nanotechnology：DNA探针监测活细胞膜上动态和瞬态的分子接触

【引言】

细胞通讯和信号传输依赖膜上分子的表达，尤其是蛋白质和脂质体。通过细胞膜上的分子表达来研究细胞与细胞外环境的相互作用。扰乱这些膜结合或接触的相互作用会导致疾病的发生和发展如癌症、炎症和代谢紊乱。超分辨显微镜的使用可以检测到膜的接触，但是这些方法不能对整个细胞膜进行成像且不能提供膜结合分子之间的动态相互作用。因此，在活细胞膜层面监测瞬态分子接触事件仍然是一大挑战。

【成果简介】

最近，湖南大学（第一单位）、佛罗里达大学的谭蔚泓院士，以及湖南大学、密歇根州立大学、马萨诸塞大学安姆斯特分校的Mingxu You（共同通讯作者）的科研团队展示了一种新型的DNA探针可以将瞬态膜接触事件转换成可读的累积荧光信号。该探针通过小支点介导的DNA链置换反应实现转换锚定点的位置，模拟马达蛋白。利用这种探针，作者通过流式细胞仪和荧光显微镜技术成功地监测膜脂质域快速的接触事件。此结果显示此接触事件优先存在同一脂质域里。该成果以”DNA probes for monitoring dynamic and transient molecular encounters on live cell membranes”为题于北京时间2017年3月21日发表在期刊Nature Nanotechnology上。

[致歉：小编未能找到通讯作者Mingxu You 确切中文名字，在此致以诚挚的歉意！]

【图文解读】

图1 DNA探针在活细胞膜上锚定和操作方案

(a) 活细胞膜上的DNA探针操作的示意图。

(b) 双脂酰脂、胆固醇、维生素E共轭的寡核苷酸的化学结构。

(c) 羧基四甲基罗丹明标记的双脂酰脂、胆固醇、维生素E共轭的S2/W共聚焦荧光显微镜图。

(d) Ramos细胞膜上DNA探针锚定效率的细胞流式评估图。

图2 活细胞膜上DNA探针的运动

(a) 流式细胞仪监测的DNA探针在两个双脂酰脂共轭锚定点间的运动图。

(b) 双脂酰脂-胆固醇接触研究的共聚焦荧光显微镜图。

(c) 双脂酰脂、胆固醇、维生素E之间的Ramos细胞膜接触相对速率图。

图3 DNA探针竞争实验研究细胞膜接触的偏好性

(a) Ramos细胞膜上双脂酰脂、胆固醇、维生素E锚定点间的DNA探针竞争实验示意图。

(b) Ramos细胞膜上TCC竞争实验的荧光显微镜成像图。

(c) Dabcyl标记的锚定点（红色柱）和非标记的锚定点（蓝色柱）之间的路径选择图。

图4 DNA探针在脂质单层膜模型上的运动

(a) 荧光显微镜实验装置图。

(b) 脂质单层膜模型上十八烷醇-DNA接触的荧光显微镜成像图。

(c) 荧光显微镜监测脂质单层膜模型上DNA探针在两个十八醇共轭锚定点间的运动图。

图5 DNA 探针-核酸适配体共轭物研究膜蛋白接触速率

(a) 流式细胞仪监测DNA探针在两个核酸适配体共轭锚定点间的运动图。

(b) 四种类型核酸适配体-寡核酸共轭物之间总的相对接触速率。

【展望】

生物学中一个重要的目标是理解细胞信号网络中的潜在结构。利用最新的DNA纳米技术，该方法提供了一种实用机制来研究这些结构在下游病理失调的作用。

文献链接：DNA probes for monitoring dynamic and transient molecular encounters on live cell membranes(Nat. Nanotech. , 2017, DOI: 10.1038/NNANO.2017.23)

本文由材料人生物材料组邓宏华供稿，材料牛编辑整理。

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