熒光顯微鏡在生物學(xué)研究中的應(yīng)用

　　到目前為止，人們還很難得知，SR熒光顯微鏡會(huì)對(duì)生物學(xué)界的哪一個(gè)領(lǐng)域帶來重大變革，但已經(jīng)有幾個(gè)領(lǐng)域出現(xiàn)了明顯的改變。這些研究領(lǐng)域是動(dòng)態(tài)及靜態(tài)的細(xì)胞組織結(jié)構(gòu)研究領(lǐng)域、非均質(zhì)分子組織研究領(lǐng)域、蛋白動(dòng)態(tài)組裝研究領(lǐng)域等。這幾個(gè)領(lǐng)域都有一個(gè)共同的特點(diǎn)，那就是它們研究的重點(diǎn)都是分子間如何相互作用、組裝形成復(fù)合物。因此，能在納米水平觀察這些分子對(duì)它們來說具有重大的意義。
 

　　通過觀察蛋白質(zhì)之間的組合關(guān)系來了解它們的作用，并能為后續(xù)的細(xì)胞功能試驗(yàn)打下基礎(chǔ)
 

　　結(jié)構(gòu)生物學(xué)研究在這方面已經(jīng)取得了很大的進(jìn)展，目前已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了4-8納米大小的分子間相互作用組裝成細(xì)胞微管、肌絲、中間絲這些超過10微米大小聚合物的機(jī)制。不過對(duì)于核孔復(fù)合體、中心體、著絲點(diǎn)、中間體、粘著斑這些由許多不同蛋白經(jīng)過復(fù)雜的三維組裝方式組合起來的復(fù)合體，還需要更好的辦法來進(jìn)行研究。目標(biāo)就是要達(dá)到分子水平的分辨率，這樣就可以觀察大復(fù)合體形成過程中的單個(gè)分子，也就能對(duì)這些分子的化學(xué)計(jì)量學(xué)有所了解了。要得到更多的生物學(xué)信息就需要SR顯微鏡這樣的三維成像技術(shù)，例如可以使用活體細(xì)胞SR成像捕捉細(xì)胞骨架的動(dòng)態(tài)重構(gòu)過程等等。
 

　　SR成像有助于人們更好地了解分子間的差異
 

　　細(xì)胞膜蛋白組織方式的經(jīng)典模型已經(jīng)從隨機(jī)分布的液態(tài)鑲嵌模型轉(zhuǎn)變成了脂筏模型、穴樣內(nèi)陷模型或特殊蛋白模型。這種差異與細(xì)胞不同功能相關(guān)，例如在高爾基體、cargo蛋白和高爾基體酶蛋白之間必須發(fā)生相互作用，但終它們會(huì)按照各自的功能分開，發(fā)揮各自的作用。有很多試驗(yàn)手段，例如免疫電鏡技術(shù)、熒光共振能量轉(zhuǎn)移技術(shù)(FRET)等都已經(jīng)被用來研究這種膜不均一性問題了。多色PALM技術(shù)(Multicolor PALM)為人們提供了一種新的手段用來觀察膜蛋白集合、組織的過程，并且還能定量分析不同蛋白間的空間距離關(guān)系。因?yàn)橛辛薖ALM提供的單分子信息，人們就可以清楚地了解蛋白分子間的空間關(guān)系，甚至有可能計(jì)算出相隔某一距離的分子之間發(fā)生相互作用的可能性。
 

　　SR成像技術(shù)還能用于在單分子水平研究蛋白動(dòng)態(tài)組裝過程
 

　　細(xì)胞對(duì)外界刺激信號(hào)的反應(yīng)起始于胞膜，在胞膜上受體蛋白之間發(fā)生動(dòng)態(tài)的集合，用來調(diào)節(jié)細(xì)胞的反應(yīng)活性。像HIV這種有被膜病毒也是在細(xì)胞膜上完成病毒顆粒組裝過程的病毒，也是利用了細(xì)胞的物質(zhì)轉(zhuǎn)運(yùn)機(jī)制。盡管現(xiàn)在蛋白組裝的物理模型還遠(yuǎn)遠(yuǎn)沒有完成，但研究人員知道膜蛋白的動(dòng)態(tài)組裝過程是不均一的，所以通常使用熒光試驗(yàn)手段很難獲得分子水平上的信息。同樣，單分子測(cè)量技術(shù)(Single molecule measurements)也存在著類似的局限，因?yàn)閱畏肿訙y(cè)量技術(shù)只能觀察細(xì)胞內(nèi)的幾個(gè)分子，所以缺乏整體的信息。因此由于缺乏空間分辨率，很難動(dòng)態(tài)地研究蛋白質(zhì)組裝過程。SR熒光成像技術(shù)與活細(xì)胞成像技術(shù)和單分子示蹤技術(shù)(sptPALM)結(jié)合就能解決這一問題。我們可以借助分子密度準(zhǔn)確地看出PALM圖像中的蛋白質(zhì)簇，蛋白質(zhì)簇動(dòng)態(tài)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)和形態(tài)學(xué)數(shù)據(jù)能幫助我們了解蛋白質(zhì)動(dòng)態(tài)組裝的機(jī)制。