Nat. Chem.| 基于细胞膜张力的荧光探针

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推荐的是一篇发表在Nature chemistry上的文章,“A fluorescent membrane tension probe“,通讯作者是瑞士日内瓦大学的的Aurélien Roux,该课题组致力于研究细胞膜上的力学性质,胞吞以及上皮细胞的力学性质等。


细胞和细胞器是以脂质双分子层作来分隔内界和外界的,膜对于细胞的生命进程(例如运动,胞吞和细胞分裂)来说是至关重要的,对于这些细胞进程来说最主要的调节因子就是膜张力的变化,然而检测细胞膜上的张力是非常困难的。本文作者设计了一种荧光探针(FliptR,fluorescent lipid tension reporter)来检测细胞膜上表面张力的变化。在不同的张力条件下,探针中两个荧光基团的扭曲程度会不同,从而影响荧光探针的荧光寿命。荧光寿命与细胞膜的张力呈线性变化。由荧光寿命成像显微镜来检测,可以定量的表示出细胞膜的张力变化。


FliptR包含两个大的dithienothiophene的结构,中间以可以旋转碳碳单键连接,是荧光寿命改变的关键位点,绿色的展示了这两个荧光基团以扭曲的形式存在,红色的展示了这两个荧光基团以近平面的形式存在。这个探针可以展示“脂质装排”(lipid packing)的这样一个参数,指的是脂质分子酰基链的密度。高度脂质装排值表示紧密有序的酰基链,低的脂质装排值表示酰基链之间更加富有空间和无序。在高的脂质装排值下,荧光探针受到压力大,以近平面的形式存在,荧光寿命会更长;在低的脂质装排值下,荧光探针受到的压力小,两个荧光集团之间以扭曲的形式存在,荧光寿命会变短。


作者首先合成了具有不同脂质装排值(即不同张力)的单分子的膜,以此来检测探针的性能。发现此探针具有良好的表征膜表面张力的能力。张力变化只会影响膜的荧光寿命,而不会影响膜的荧光强度。

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随后作者又将此探针应用在了活细胞,Hela细胞和MDCK细胞上,不仅发现此探针具有良好的应用在活细胞上的效果,还借此发现MDCK细胞的顶端和底端部分的张力大小是不一样的,探针在顶端部分的荧光寿命要长一些,也就是顶端部分具有更高一点的张力。 

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作者还改变溶液渗透压等参数来深入研究此探针的应用和作用机理。经过大量实验,作者推测膜上荧光寿命的改变是由于膜的“相分离”的改变而引起的。


总之,本文发现了一种荧光探针可以实现对细胞膜上张力变化的检测。具有良好的应用前景。对研究细胞的生命进程具有重大的帮助。


 

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本文作者:CBM


文章链接:https://www.nature.com/articles/s41557-018-0127-3


文章引用:DOI: https://doi.org/10.1038/s41557-018-0127-3


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