应用全内反射单分子荧光成像研究蛋白复合物亚基组成

细胞的生化过程大都是由蛋白复合物完成的,研究蛋白复合物亚基的组成对于了解蛋白质的结构和生物学功能具有重要的意义,然而如何准确确定蛋白复合物中蛋白质亚基的数量(stoichiometry)仍然是一个挑战.近年来,活细胞体系单分子荧光成像技术的不断发展为原位实时动态地研究蛋白质的结构和性质提供了新的手段.本文主要介绍了应用活细胞全内反射单分子荧光成像技术表征细胞膜区蛋白复合物组成的3种方法,包括单分子漂白步数分析、荧光强度统计分布以及蛋白运动分析,并结合其基本原理介绍了这几种方法在活细胞体系膜蛋白研究中的应用.

基于单分子成像技术研究λ-DNA分子穿越微米通道端口的电动力学特性

操控单个DNA分子,将其有效引入、导出微纳通道是实现DNA生物芯片功能的前提条件.本文利用单分子荧光显微成像技术系统地实时观察分析λ-DNA单分子在电场力驱动下进入/穿出50μm通道端口处的电动力学特性及规律.研究发现:λ-DNA分子能够顺利进入trans端口并穿出cis端口,外加电场强度存在最大(Emax)和最小(Emin)阈值,只有场强E满足:Emin≤E≤Emax时, λ-DNA分子才能进入trans端口并顺利穿出cis端口;当电场强度小于最小阈值场强时, DNA分子不能进入trans端口;当电场强度大于最大阈值场强时, λ-DNA分子虽可能从trans端口进入通道内部,但不容易从cis端口穿出,而是在迁移至通道内cis端口附近时,运动方向反转、往复、甚至旋转等新现象,并且易于粘附到管壁上;随着场强增大,反转位置距cis端口越大.基于微流体电动力学理论,对λ-DNA分子在微通道端口的不同运动状态的物理机制进行了初步分析.本研究结果对研制基于微纳通道系统的基因芯片实验室及DNA分子传感器具有一定的实际指导意义.

原子力显微镜-荧光显微镜联用技术在活细胞单分子检测中的应用

原子力显微镜(Atomic force microscopy,AFM)及荧光显微镜(Fluorescence microscopy,FM)是目前活细胞单分子分析检测中最常用的两种工具。结合两种显微镜的优势,发展高时空分辨、多功能的AFM-FM联用技术成为近年该领域的研究热点。本文简述了AFM单分子力谱和FM单分子荧光成像的原理,总结了AFM-FM联用系统在仪器研制方面的发展概况,并结合本课题组在应用AFM-FM联用技术研究细胞膜上配受体相互作用等方面的工作,介绍了其在活细胞单分子检测中的应用进展。

细胞膜上信号转导蛋白的单分子成像与分析

结合本课题组的研究工作,介绍了单分子荧光成像原理、荧光标记方法及数据分析方法,并进一步综述了单分子荧光成像在几种重要的膜蛋白信号转导分子机制和相关药物研究中的进展.

DNA损伤修复的单分子水平研究进展

外源或内源的DNA损伤在生物体内持续发生。DNA损伤修复的缺陷与很多疾病甚至癌症等息息相关,而生物细胞进化出一系列精密的修复机制以耐受或切除这些损伤。单分子技术区别于常规的生化、分子生物学等手段,可以在体外和活细胞内研究DNA修复相关生物分子的动态反应特征,从而对DNA修复机制进行更充分的剖析。文章围绕常见的DNA损伤及其修复类型,阐述了近年来利用原子力显微镜、磁镊、光镊等单分子操控技术,以及全内反射荧光显微镜、光激活定位显微镜和超分辨显微示踪等单分子荧光成像技术在DNA修复机制研究中取得的进展,梳理了利用单分子技术解决的长期存在的关于DNA修复难题,并展望了单分子技术联合其他交叉学科技术在研究DNA修复机制方面的前景。

全内反射荧光显微术原理及其应用

全内反射荧光显微术,利用全内反射时产生的隐失波照明样本,仅激发样本表面薄层范围内的荧光基团,与传统的荧光显微镜相比,使显微成像在Z轴上的空间分辨率得到了显著改善,大大提高了图像的信噪比和对比度。近年来,该技术已被生物学家们广泛地应用于单分子荧光成像中。本文介绍了全内反射荧光显微术的原理及其在生物学研究中的应用,并对其未来发展前景作了展望。

单分子尺度下的免疫调控和干预策略

癌症免疫疗法通过提高患者自身免疫力来识别和杀伤肿瘤目标,涉及到免疫T细胞和其他细胞之间(肿瘤或抗原呈递细胞)的直接相互作用。受周围微观环境热涨落的影响,精准探测这种力学信号是免疫疗法面临的重要挑战。单分子技术具备高时空分辨的优势,能够克服环境热涨落的影响,通过实时测量单个生物大分子的时空位置、结构转变、能量交换和信息流动等定量参数来刻画生物大分子的动力学行为。将单分子技术应用到免疫疗法相关的研究中,精准测量免疫疗法涉及的受体—配体的力学相互作用和自身动态结构,将为免疫疗法的发展提供单分子尺度的思考和见解,实现物理学和免疫学的交叉融合发展。