<acronym id="oy0yk"></acronym>
<acronym id="oy0yk"><center id="oy0yk"></center></acronym>

生命學院陳春來和李丕龍課題組合作開發定量表征納米尺度下液-液相分離過程的新技術

2020-10-23 15:27:12

2020年10月21日,清華大學生命科學院陳春來課題組和李丕龍課題組合作在《美國科學院院報》(PNAS)雜志發表了題為“利用雙色熒光互相關譜技術定量納米尺度下的液-液相分離過程”(Phase separation at the nanoscale quantified by dcFCCS)的文章。

相變作為物質的一種特性(如水、冰和水蒸氣三相之間的轉換)在物理學界及日常生活中早已廣為人知。雖然相變是一個物理現象,但是近年的研究表明相變在生命活動中同樣發揮著至關重要的作用。在細胞中,相變是以生物大分子(蛋白質和RNA)液-液相分離(Liquid-liquid phase separation,LLPS)的形式發生的,類似的現象在高分子化學和軟物質物理等領域的研究已經有近百年的歷史了。細胞中存在“液-液相分離”現象是在2009年被明確提出,并成為近幾年來生命科學領域的一個新興熱點。近期的研究表明,液-液相分離可能誘導細胞內形成多種沒有脂膜包被的無膜細胞器。這些無膜細胞器通過對細胞組分的選擇性濃縮和分離,參與了包括RNA代謝,核糖體生成,DNA損傷應答和信號轉導等許多過程。此外,液-液相分離過程與神經退行性疾病、衰老等有著密切的關系。

目前主要是利用相差、寬場和共聚焦熒光顯微鏡來觀測液液相分離過程的發生、形貌和動態變化。為了突破常規成像技術中光學衍射極限(~200 nm)的限制,超分辨成像技術也被用于捕捉液滴相的形成、運動和相變體中的納米微結構。迄今為止,仍然缺乏合適的技術在納米尺度上定量捕捉液滴相的出現、增長速率、組成分子的化學計量比、與被招募分子的結合常數等重要的物理和化學參數。

為解決液-液相分離領域的以上技術空白,研究者發展了基于雙色熒光互相關譜(dual-color fluorescence cross-correlation spectroscopy,dcFCCS)的新型相分離表征手段,并利用此技術定量地表征基于Saccharomyces cerevisiae SmF(ySMF)蛋白的模型相變體系在1 nM到500 nM這一廣泛的濃度區間內的寡聚體和液滴相的尺寸、增長速率、分子組成和與被招募分子的親和力。結果表明,液-液相分離可在光學衍射極限以下的納米尺度發生,且他們實驗中所捕捉到的最小的液滴相半徑為20納米左右。此外,液滴相的形成及其大小并不影響被招募分子與液滴相的骨架分子之間的結合能力;這表明在熱力學平衡態下,納米和微米尺度的液滴相有著相同的選擇性濃縮和分離能力。在測量結果的基礎上,他們還構建了蒙特卡洛模擬模型,用以描述溶液中單分散狀態的分子逐漸聚集形成納米尺度的液滴相的動態過程。結合模擬結果和對dcFCCS定量數據的二維聚類分析,他們標定了在納米尺度發生液-液相分離過程的臨界濃度,比常規共聚焦顯微鏡的測量極限還要低近一個數量級。最后,研究者推測,由于納米尺度的液滴相的形成和消失速度比微米尺度的更快,因而納米尺度的相分離過程可能在快速調控和信號響應等過程中發揮著重要的生理功能。雙色熒光互相關譜(dcFCCS)將成為定量表征相分離過程和揭示其功能的重要技術手段。

清華大學生命科學學院陳春來研究員和李丕龍研究員為本文共同通訊作者。清華大學生命學院15級博士生彭思佳、16級博士生李維平和17級博士生姚溢融為共同第一作者,PTN項目18級博士生邢文婧參與了研究。本工作獲得了國家自然科學基金委、北京結構生物學高精尖創新中心、北京生物結構前沿研究中心及清華-北大生命科學聯合中心的經費支持。

原文鏈接

https://doi.org/10.1073/pnas.2008447117

FCS技術和ySMF相變體系相關文獻鏈接

https://doi.org/10.1073/pnas.2002971117

https://doi.org/10.1021/acs.jpcb.8b03476

https://doi.org/10.1074/jbc.RA120.012981




彩票购买