金子在细胞内发光

顾汉现

金子在细胞内发光


日期: 2009-12-29


生物学家多么希望像孙悟空一样变成小虫子，飞进细胞内，观察单个分子的移动、相互作用和执行功能。希望归希望，实际上活细胞内单分子活性的观察并不是一件容易的事。实验中最常采用的就是荧光基团，但是这些标记很容易漂白，因此在细胞的复杂环境下检测它们极具挑战性，长时间检测尤为如此。





美国Lawrence  Berkeley国家实验室的Paul  Alivisatos及其同事正利用一种与众不同的探针，来监测活细胞中的酶活性，这种探针是基于光散射，而不是荧光发射。文章发表在《PNAS》杂志上。





他们之前的研究表明金纳米颗粒的有效光散射能够在体外监测单分子酶活。为了观察活细胞背景下的散射信号，研究人员设计出皇冠状的金纳米颗粒簇，中心有一个颗粒，周边围绕着五个颗粒，颗粒的彼此接近增加了散射光的强度。中心颗粒作为探针，在单分子水平上示踪体内的信号通路。





这些颗粒是通过包含DEVD序列的肽段互相连接的。研究凋亡的人都清楚，DEVD序列是caspase-3蛋白酶的底物。连接物的切割，随之而来的纳米颗粒的解体，导致散射减弱，散射光向蓝色偏移。





研究人员在这些探针的表面包被了细胞渗透性的肽段，将它们导入培养的细胞。在几个小时内，始终能观察到这些颗粒，亮度不变，这样研究人员就拥有足够的时间来观察早期caspase-3的激活。这一点是荧光基团无法实现的。在凋亡诱导后，可观察到信号强度减弱，这比标准的群体分析要早得多。





皇冠颗粒的直径约为100  nm，因此它们不会在细胞内自由扩散，利于单个颗粒的成像。凋亡诱导剂的添加导致了信号强度的急剧下降，这被认为与切割事件一致。





尽管研究人员只是用光散射纳米颗粒来检测蛋白酶活性，但可以预想，只要稍稍改动一下设计策略，这种方法能在活细胞内实现不同类型的研究，诸如蛋白相互作用或构象改变。