本文作者：陳小青 博士

華東師范大學(xué) 化學(xué)與分子工程學(xué)院

近期，李迪教授與中國科學(xué)院上海有機化學(xué)研究所生物與化學(xué)交叉研究中心葛一凡副研究員合作，提出利用局域溫度變化擾動細(xì)胞膜功能域分布的策略。

作者利用DNA折紙技術(shù)制備了兼具高空間分辨和化學(xué)分辨的光熱響應(yīng)分子工具，通過近紅外激光操縱局部脂質(zhì)環(huán)境溫度來擾動脂筏的相分離程度（圖1）。

相關(guān)研究工作以“高空間分辨熱操縱細(xì)胞膜異質(zhì)性改變細(xì)胞遷移及信號通路（High Spatial-resolved Heat Manipulating Membrane Heterogeneity Alters Cellular Migration and Signaling）”為題，發(fā)表在Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America（PNAS）雜志上。

論文鏈接 https://doi.org/10.1073/pnas.2312603120。

圖1. 對細(xì)胞膜區(qū)域選擇性加熱分子工具及細(xì)胞遷移行為變化

圖2. 區(qū)域選擇性加熱引起細(xì)胞膜不同功能域間界面張力變化

與既往研究不同，該工作首次探討了在不干擾質(zhì)膜磷脂構(gòu)成的情況下通過構(gòu)建高空間分辨率的溫度差異，利用物理因素調(diào)控細(xì)胞膜異質(zhì)性程度，探索其下游信號通路關(guān)系。該工作開發(fā)的分子工具可用于探索細(xì)胞膜異質(zhì)性與細(xì)胞功能間關(guān)系，建立細(xì)胞膜理化參數(shù)與細(xì)胞功能間的關(guān)聯(lián)。

在整個研究中，多種先進(jìn)的光學(xué)成像技術(shù)對于科學(xué)現(xiàn)象的發(fā)現(xiàn)與解釋都起到了較大的推動作用。

• 基于搭載在倒置顯熒光微鏡（HM-Fluo-01）上的全內(nèi)反射熒光的熒光相關(guān)光譜技術(shù)(Aohui/Guangzhou)用來表征體外雙分子層L_o和L_d區(qū)域分布及紅外光照前后兩相擴散速率變化情況（圖3），解釋了納米加熱器靶向細(xì)胞膜不同功能域引起的細(xì)胞遷移行為變化與細(xì)胞膜相分離程度相關(guān)。

圖3. 納米加熱器處理誘導(dǎo)筏模擬混合物中脂質(zhì)堆積行為變化

HM-Fluo-01倒置顯微成像平臺

圖4. 納米加熱器處理后膜流動性變化

HM-SR-Con

基于廣州微視光學(xué)的STORM的超高分辨技術(shù)(Micro-fields Optics, Guangzhou)用來表征細(xì)胞膜脂筏與非脂筏域分布情況及納米加熱器與細(xì)胞膜不同功能域的空間共定位（圖6）。

圖6. 納米加熱器與細(xì)胞功能域空間定位

本研究中關(guān)鍵數(shù)據(jù)之一“分子工具與細(xì)胞膜不同功能域的空間共定位”是在廣州微視光學(xué)科技公司的直接隨機光學(xué)重建顯微鏡（dSTORM）上采集的（圖6）。李迪教授團隊采購了微視光學(xué)科技公司在國內(nèi)銷售的第一臺STORM-AFM聯(lián)用顯微鏡，該顯微鏡在雙色熒光共定位消色差、光學(xué)系統(tǒng)集成等方面具有獨特優(yōu)勢。

AFM-STORM聯(lián)用顯微鏡

該研究受到了國家自然科學(xué)基金、生命分析化學(xué)國家重點實驗室、電分析化學(xué)國家重點實驗室的資助。化學(xué)與分子工程學(xué)院2020級博士研究生陳小青為該論文第一作者，李迪教授和葛一凡副研究員為論文通訊作者。