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显微镜技术推进高尔基体研究

专题报道中国仪表网2006年10月23日 10:13人气:669

两个独立的研究小组运用荧光标记技术和先进的视频显微镜技术,获得了高尔基体潴泡成熟模型视觉方面的证据。

高尔基体,是一种细胞器官的有趣名称。从某种意义上讲,它在细胞中的作用就像一个邮局,先接收来自内质网新合成的蛋白质,接着对其实施翻译后修饰过程,最后再将这些被修饰好了的蛋白质发送到细胞中的合适目的地。在过去的几十年中,人们一共建立了两种模型,即水泡运输模型和潴泡成熟模型,用它们来描述促分泌的蛋白质是如何从早期的高尔基潴泡单元转移到晚期潴泡的。

根据水泡运输模型的预测,高尔基潴泡是一些没有太多变化的稳定单元。但是,潴泡成熟模型则认为,高尔基潴泡是瞬时的、不断演化的结构体。虽然生化研究方面的证据支持这两种理论(在一些情况下,支持两种理论的“杂合体”),但是,人们依然在高通量活细胞成像技术方面没有获得有关视觉方面的支持。近来,《自然》杂志同时发表了两篇论文,介绍在共焦距显微镜技术方面的新进展。该项研究的主角来自两个独立的研究小组,他们分别是美国芝加哥大学Benjamin Glick研究组和日本RIKEN发现研究所的Akihiko Nakano研究组。

Glick和Nakano两个小组使用的都是酵母细胞,高尔基潴泡在酵母细胞当中并不会发生堆积,这样以来更容易对单个的潴泡进行可视化拍摄。此前,最大的技术挑战就是如何开发出先进的成像技术;两个小组开发出了顾客型三维共焦距视频显微镜技术系统,从而可以首次进行多色的活细胞成像。“我们现在能清晰地观察到酵母高尔基体潴泡的管状网络结构,此前我们从来没有想象过不使用电子显微镜就能看到它,” Nakano说。两个研究小组运用绿色荧光蛋白对前期高尔基体常住蛋白进行标记,运用一种红色荧光蛋白变异体对一种后期高尔基体蛋白进行标记(反过来也是如此)。他们提出假说认为,如果穿越高尔基体的蛋白是通过水泡运输的,那么就无法确定标记单个早期潴泡的绿色荧光能否被保留下来。然而,如果潴泡从早期状态到后期状态变得成熟起来,这时候荧光就会从绿色转变为红色,因为潴泡获得了一些新的生化特征。

这两个小组很清楚地观察到,单个的早期绿色潴泡在几分钟之内就变成了红色。“这些颜色变化很明确地表明,简单的传统水泡运输模型是不适用的,” Nakano解释说。对于潴泡成熟的视觉证据是如此清楚地被排除出去,Glick也感到惊讶。“我们一直担心的是,高尔基体潴泡也许经常会经受融合和裂解的变化,这些事情将会使解释变得复杂起来,”他说。

Glick和Nakano为细胞生物学领域这一长期悬而未决的问题找到了答案。这也是一个极好的例证,说明为了同一目标合作比竞争更能获得丰富的成果。“这些论文将被仔细审查,因此花些时间做这些实验非常重要,”Glick说。“我们两个小组各自独立地获得了这些相近的结论,这一事实正得到确认,我们在这一领域也应该比其他人的工作更有说服力。”
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