“ 鸿蒙初始,盘古开天辟地,
当 David Courson 和 Lindsay Moore 到达美国马萨诸塞州伍兹霍尔实验室时,他们的期待仅仅是通过这次暑期科研项目的机会,学习使用高端显微镜等新技术。作为研究生,他们从未想过这次旅程竟然帮助解决一个困扰生物学家长达25 年的难题。
相分离研究的发展
近年来大量的生物相变/相分离研究相继涌现,相关的研究文章、综述在各大期刊上呈现逐年上升的趋势,成为了细胞生物学研究的一大热点。
近10年CellPress和Nature期刊关于生物相分离的研究文章发表趋势
生物相分离研究的工作流
经典的生物相分离研究通常包括以下的研究步骤:
研究的第二步往往根据课题的目的展现出研究方法的多样性,常见的思路包括:相分离事件对细胞的影响或者重现致病过程等。在此步骤中,除了对液滴本身的精细观察,还需要以更高的空间分辨率、时间分辨率的手段观察细胞或更大的生物组织结构变化。
研究的第三步常涉及到相分离事件的调控机制、关键分子的确定等开展更深入的研究,并能较明确地给出研究的生物学意义。常见的研究思路包括信号通路研究、大通量蛋白图谱和蛋白组、转录组学研究等。
相分离研究显微解决方案
荧光漂白后恢复(FRAP)实验可观测液滴与周边环境存在动态交互过程,因此常见用于从侧面确认相分离现象的发生。另外,在液滴内部、液滴外部环境、液滴的边界进行FRAP实验可以获得大量动力学属性数据(如分解速率、融合速率等)。
OLYMPUS全电动倒置显微镜 IXplore Pro 配合高精度光刺激模块 cellFRAP 适合进行生物相分离实验的第一步——提供全倍率下优质的荧光和DIC成像效果,而cellFRAP实时同步光操控模块拥有独立的高精度扫描振镜,可在显微镜成像过程中独立对精细区域进行光刺激。
进一步的生物相分离研究需要观察活体/细胞内的现象,因此需要更高的时空分辨率。OLYMPUS激光扫描共聚焦显微镜FV3000是一套集高灵敏度、高分辨率和操作简便于一体的共聚焦系统,非常适合进行FRAP实验。特别是搭载了独有的龙卷风光刺激功能,可对目标进行更精准、更高效的光漂白。
如果液滴运动较快,IXplore SpinSR转盘共聚焦 与 cellFRAP 的组合则是更佳的选择。该系统提供极快的成像速度、高达110nm分辨率,同时完全兼容Click and Bleach 模式,即使时刻处于移动中的液滴也可以被精准地漂白。
使用cell^FRAP模块进行光漂白,配合Z-Stack获得平滑的FRAP曲线
相分离研究案例
为更好地让您了解相分离的应用实例,我们特别邀请了上海交通大学 管彬 博士,以线上报告的形式分享他以第一作者在Science Bulletin上发表的研究工作,揭示相分离参与调控细胞自噬的分子机制。
这个报告只是OBIC(Olympus Bio-Imaging Conference)中的一个亮点。
为期三天的研讨会,Olympus邀请了来自世界不同地区多个领域顶尖专家,将于2022年3月9日-11日,以线上论坛形式,共同探索光学显微镜及生物成像技术的新维度(点击了解OBIC)。
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参考文献:
Dolgin, Elie. “What Lava Lamps and Vinaigrette Can Teach Us about Cell Biology.” Nature, vol. 555, no. 7696, 2018, pp. 300–302.
Dolgin, Elie. “What lava lamps and vinaigrette can teach us about cell biology.” Nature vol. 555,7696 (2018): 300-302. doi:10.1038/d41586-018-03070-2
Nott, Timothy J et al. “Phase transition of a disordered nuage protein generates environmentally responsive membraneless organelles.” Molecular cell vol. 57,5 (2015): 936-947. doi:10.1016/j.molcel.2015.01.013
Alberti, Simon et al. “Considerations and Challenges in Studying Liquid-Liquid Phase Separation and Biomolecular Condensates.” Cell vol. 176,3 (2019): 419-434. doi:10.1016/j.cell.2018.12.035
Zhang, Hong et al. “Liquid-liquid phase separation in biology: mechanisms, physiological functions and human diseases.” Science China. Life sciences vol. 63,7 (2020): 953-985. doi:10.1007/s11427-020-1702-x
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