分析细胞结构及其组织对于理解任何细胞类型的功能都是至关重要的。然而,由于光学衍射极限为~200-300 nm,传统光学显微镜无法观察到许多亚细胞结构。
单分子定位显微镜(SMLM)——在先进的显微镜技术下进行的一种高效、直接的过程——解决了这个问题,使研究人员能够在细胞功能的结构、组织、相互作用和化学计量学方面探索新的细胞生物学前沿。
许多有趣的细胞结构小于~200- 300nm的光学衍射极限。这些包括大多数细胞器和所有大分子机器、通道和受体的亚结构。
询问和回答关于这些和其他结构的分子组织、相互作用和化学计量学的问题需要在光的衍射极限以下的分辨率下对标记结构进行成像。
传统的光学显微镜方法,如广角显微镜和共聚焦显微镜,可以成像和识别特定标记的细胞结构。然而,它们的成像能力在光学衍射极限以下受到限制。另外,电子显微镜(EM)可以达到0.1-0.2 nm的横向分辨率,但细胞内分子的具体标记或定量测量非常具有挑战性。
超分辨率显微镜支持对特定标记细胞结构的高分辨率成像——横向可达20纳米,沿光轴可达50纳米。因此,它弥合了传统光学和电子显微镜(EM)技术之间的差距。
*右:用Alexa 647染色的TOM20线粒体,用SMLM (dSTORM)成像。
高分辨率(20纳米横向)与成像特定标记结构的能力相结合,使SMLM成为细胞生物学研究的有力解决方案。SMLM的发现包括HeLa细胞染色质域局部运动的可视化,Xenopus卵母细胞核孔复核内的八倍对称性和向心蛋白CEP164的径向九倍对称性,以及内质网内连接管状结构的组织[1、2]。
超分辨率显微镜支持对特定标记细胞结构的高分辨率成像——横向可达20纳米,沿光轴可达50纳米。因此,它弥合了传统光学和电子显微镜(EM)技术之间的差距。
在决定SMLM是否是正确的解决方案时,必须考虑到可视化感兴趣的结构所需的分辨率。给出了一些适用于SMLM成像的衍射受限结构的尺寸实例。例子包括(但不限于):
*纳米级子结构及其尺寸的例子来自“有用生物编号数据库”。链接:https://bionumbers.hms.harvard.edu/search.aspx
具体地说,当研究问题需要时,SMLM是研究细胞内特定纳米尺度结构的最佳方法:
SMLM已经被用来回答细胞生物学中以前未探索的问题。SMLM是在3D和高分辨率成像多个特定结构的理想选择,以及量化数据。参见下面的示例数据和描述,了解更多关于SMLM可以独特实现的研究应用程序的信息:bob平台靠谱吗
利用Bruker的Vutara VXL的顶帽式照明功能,整个视场被均匀地照亮,从而bob电竞安全吗在整个感兴趣区域获得统一而可靠的数据。SMLM不仅获得了统一的图像,而且每个定位数据点都包含了可以用于定量分析的统计信息。有了这项技术,分子的绝对量化成为可能。相对量化也是可能的。
例如,间隙连接蛋白(connexin43)和电压门控钠通道(Nav1.5)都位于插片中;然而,SMLM发现Cx43和Nav1.5的表达量并不相同,也不形成相似数量的簇[3.]。
全场照明也是分析样品内分子分布的关键。照亮整个视野的能力,以及与每个定位相关的统计信息的获取,支持在整个样本中分子分布的无偏和定量分析。作为分子分布分析的一个例子,SMLM允许将ParB DNA结合蛋白定位到细胞极点的ParA atp酶的分布可视化,以协调染色体分离和细胞分裂[1]。
SMLM解决了无法成像彼此相距200纳米内的分子的问题。有了SMLM,人们可以在~20纳米或更低的分辨率成像,支持在这个距离内相互共域的分子的精确成像。以SMLM为例,我们发现,虽然connexin43和Nav1.5之间有密切的联系,但只有不到20%的connexin43簇和只有10%的Nav1.5簇直接重叠,而且在重叠的地方,重叠是最小的——这表明这些簇是切向重叠的,而不是代表两种蛋白质完全共定位的种群[3.]。
利用SMLM,细胞内分子的运动可以实时成像,具有较高的空间分辨率。用SMLM在细菌细胞中进行单粒子跟踪的一个成功例子表明,肌动蛋白同系物MreB在细胞壁合成的驱动下,在细菌细胞周围以圆周模式移动[4]。
右图:两个监测线粒体动态的实验,用(1)橙色HaloTag®染料(549)和(2)光激活远红染料(PA-JF-646®)标记。
在Alexa 647标记的固定微管VXL - dSTORM图像上获得微管,使用一/二次抗体标记。
用Alexa 647转铁蛋白标记的活BSC1细胞的VXL -成像获得。
钠通道和n -钙粘蛋白分子的点云表示
图片由:
俄亥俄州立大学纳米心脏病学实验室的Rengasayee Veeraraghavan博士和Heather L. strukman理学学士、理学硕士
bob电竞安全吗Bruker的Vutara VXL提供了一流的易用性和成像深度。支持细胞生物学研究人员需求的主要特征包括:
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SMLM通过定位单个、闪烁的染料分子实现超高分辨率。衍射受限光学显微镜无法区分小于300的两个染料分子,因为它们的点扩散函数重叠太多。在SMLM中,两个染料分子中只有一个是活性的,而另一个是暗的。现在,我们可以高精度地确定这个分子的位置。过一段时间,活性染料被渲染成深色,而之前的深色染料变得有活性。现在我们可以高精度地确定第二个分子的位置。染料的开关可以主动发生(如PALM中的光激活荧光蛋白)或自发发生(如dSTORM中的Alexa Fluor 647)。
广泛的样品类型可以用SMLM成像。固定样本和活样本都可以用SMLM成像,虽然固定样本成像更常见。使用Vutara VXL,可以成像各种类型的样本,从细胞培养和组织切片,整个生物体,如果蝇幼虫和秀丽隐杆线虫以及可达100微米厚的水凝胶。
使用Vutara VXL的双平面技术,人们可以从水凝胶的覆盖层成像高达100微米,对厚样本的成像高达50微米,如组织切片甚至整个生物体。组织清理可能需要厚的组织样本或整个生物体的最佳成像。
虽然SMLM是一种新的和先进的成像方法,样品制备和成像协议是很好的理解和记录。bob电竞安全吗Bruker应bob平台靠谱吗用专家可以帮助用户选择适当的标记策略和成像设置。
虽然不常见的固定样本成像,活样本成像可以用SMLM进行。查看此讨论用于成像的活体样品制备的网络研讨会。有关活细胞成像技术和最佳实践的更多信息,请参见“参考资料和参考资料”[3、4]。