生物分子“愚蠢的油灰”：使用荧光技术实现细胞冷凝物的高分辨率成像

生物分子凝聚物正在我们细胞中移动组织细胞物质的斑点。它们是由DNA、RNA和蛋白质组成的独特分子群落，将分子“浓缩”到关键位置，但它们经常难以描述。部分原因是它们太小，无法用传统显微镜进行测量

圣路易斯华盛顿大学McKelvey工程学院Gene K.Beare生物医学工程杰出教授Rohit Pappu说：“这些斑点曾被描述为‘液体状’，因为其中一些被观察到在挡风玻璃上亲吻、融合、滴落和流动，就像雨滴一样。”

然而，虽然这些斑点可能看起来像雨滴，但计算表明情况并非如此。凝聚体中的分子组织更像是一个在不同时间尺度上重新排列的网络，使凝聚体更具移动、愚蠢的油灰状特征

与McKelvey，Pappu及其同事的电气和系统工程副教授Matthew Lew的实验室合作，WashU生物分子凝聚物中心的所有成员通过使用新型超分辨率显微镜方法观察凝聚物来测试计算预测

在《自然物理》杂志上发表的研究中，Pappu和Lew实验室展示了如何使用荧光剂——只在某些化学环境中发光的环境敏感染料——以科学家以前无法实现的高分辨率观察冷凝物。他们在Lew实验室开发的独特成像技术的帮助下，一次一个地使用这些荧光剂，以高分辨率观察冷凝物

影像学的这些进展对于理解凝聚体如何发挥作用以及它们在癌症和神经退行性疾病中如何出错至关重要，这些疾病与功能异常的凝聚体有关

检测和定位A1-LCD冷凝物中的单个NR分子。左，叠加在原始SM图像上的位置估计（绿色叉号）。右，SMLM重建是通过随着时间的推移积累定位而形成的。每个检测到的单个分子都表示为一个带阴影的红色圆盘。来源：《自然物理学》（2025）。DOI:10.1038/41567-025-02827-7

现有技术依赖于对冷凝物中整个分子系的行为进行平均。相比之下，这种新的单荧光剂方法允许单分子和多分子分辨率。WashU团队利用荧光化学探针，只有在遇到合适的化学和粘弹性环境时才会发光，作为由“贴纸”连接在一起的分子网络中的中心区域的信标。研究人员说，关于这些贴纸：如果你把冷凝物看作一个群体，贴纸就是决定何时何地聚集以及邀请谁的朋友

Lew说：“通过写入蛋白质序列的相互作用，某些单独的蛋白质是冷凝物内粘弹性（愚蠢的油灰）网络结构的枢纽。”。“在找到这些枢纽之前，我们的荧光传感器不会亮起。跟踪单个荧光的运动使我们能够在枢纽形成、移动和拆卸时找到和跟踪枢纽。”Pappu将显微镜描述为类似于派遣一只蚂蚁在黑暗的房子里绘制地图和导航。蚂蚁会花更多的时间在没有糖的地方，它绘制的地图会在糖周围发出最亮的光

使用一只蚂蚁——实际上是一种荧光剂——可以让研究人员避免收集关于地形的冲突信号，如果你同时观察许多蚂蚁，就会出现这种情况——类似于现有的技术

有了这个单一的强信号，并使用超分辨率显微镜，科学家们现在可以检测单个分子，并以超过衍射极限的分辨率跟踪它们的运动

Pappu说：“氟化物在冷凝液中游动，首次帮助我们绘制内部组织图。”。“这得益于Matt Lew的创新和我们独特中心的合作。”