2012年5月13日，權(quán)威學(xué)術(shù)期刊Nature Methods在線發(fā)表了中國(guó)科學(xué)院生物物理所徐濤研究員和徐平勇研究員及其合作者在超高分辨率成像領(lǐng)域的研究成果，名為“Rational design of true monomeric ａnd bright photoactivatable fluorescent proteins”。這是徐濤和徐平勇等人繼2月份在PNAS發(fā)表“A unique series of reversibly switchable fluorescent proteins with beneficial properties for various applications”研究論文后，超高分辨顯微成像領(lǐng)域的又一重大突破。

 

近期發(fā)展的超高分辨率成像技術(shù)（F）PALM/STORM能夠在納米尺度展示生物分子的精確定位，是蛋白質(zhì)研究和熒光成像領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)和發(fā)展趨勢(shì)。然而現(xiàn)有的熒光蛋白限制了當(dāng)前（F）PALM/STORM等超高分辨成像技術(shù)的發(fā)展和廣泛應(yīng)用。為了進(jìn)一步完善和優(yōu)化現(xiàn)有的超高分辨成像方法，發(fā)展具有普適性和顏色多樣的新型光激活熒光蛋白（PAFPs）至關(guān)重要。適合于超高分辨率成像的PAFPs應(yīng)具有以下特性：分子小、亮度高、成熟時(shí)間短、單體性質(zhì)好、pH穩(wěn)定性高、發(fā)射光子數(shù)高等。另外，常被人們忽略的標(biāo)記密度（label density）也在很大程度上影響著空間分辨率。

 

mEos2是目前使用*為廣泛的PAFPs，但mEos2在高濃度下傾向于形成二聚體或多聚體，尤其當(dāng)mEos2標(biāo)記膜蛋白時(shí)會(huì)影響膜蛋白在細(xì)胞中的定位。

 

為了解決膜蛋白的標(biāo)記問(wèn)題，同時(shí)發(fā)展綜合性質(zhì)更佳的熒光蛋白探針，課題組成員首先解析了mEos2的晶體結(jié)構(gòu)，找到了引起mEos2在高濃度下寡聚的關(guān)鍵性氨基酸位點(diǎn)，然后對(duì)mEos2進(jìn)行定點(diǎn)突變篩選，*終獲得了兩個(gè)真正單體熒光蛋白：mEos3.1和mEos3.2。進(jìn)一步的研究顯示，mEos3具有成熟時(shí)間短、亮度高的特性。用于單分子定位時(shí)具有很高的標(biāo)記密度和光子產(chǎn)出，在超高分辨成像中比當(dāng)前所有PAFPs都表現(xiàn)出色。



圖1：mEos2三維結(jié)構(gòu)圖



圖2：mEos3s和其他PAFPs的標(biāo)記密度比較

 

 

超高分辨顯微成像是一個(gè)比較前沿的研究領(lǐng)域，需要物理、化學(xué)以及光學(xué)等多門(mén)學(xué)科的交叉。我國(guó)在該方向的研究工作正在逐步展開(kāi)，對(duì)熒光蛋白的需求也日益增加。該研究工作以及前期發(fā)表的PNAS工作為我國(guó)科研工作者在超高分辨顯微成像領(lǐng)域中熒光蛋白改造方向的首創(chuàng)研究成果。生物物理研究所徐濤研究員與徐平勇研究員為該論文的通訊作者，張名姝、常浩和章永登為該論文的共同作者。該成果得到了科技部、國(guó)家自然科學(xué)基金委和中國(guó)科學(xué)院的資助。

原創(chuàng)作者：上海恒遠(yuǎn)生物技術(shù)發(fā)展有限公司