省部重点实验室
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在GFP发现后的将近半个世纪以来,因为发现和开发绿色荧光蛋白,2008年诺贝尔化学奖被授予给Osamu Shimomura, Martin Chalfie和Roger Tsien,来表彰这次发现给后世带来的巨大影响。
参考文献:
Chalfie, M., Tu, Y., Euskirchen, G., Ward, W. W. & Prasher, D. C. Green fluorescent protein as a marker for gene expression. Science 263, 802–805 (1994).
Shimomura, O., Johnson, F. H. & Saiga, Y., Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan Aequorea. J. Cell. Comp. Physiol. 59, 223–239 (1962).
Morise, H., Shimomura, O., Johnson, F. H. & Winant, J. Intermolecular energy transfer in the bioluminescent system of Aequorea. Biochemistry 13, 2656–2662 (1974).
Prasher, D. C., Eckenrode, V. K., Ward, W. W., Prendergast, F. G. & Cormier, M. J. Primary structure of the Aequorea victoria green-fluorescent protein. Gene 111, 229–233 (1992).
Tsien, R. Y. The green fluorescent protein. Annu. Rev. Biochem. 67, 509–544 (1998).
第二篇:辣根过氧化物酶作为解剖学电子显微镜(anatomical electron microscopy)的标记
要绘制诸如视网膜的大容量组织中的突触联系(synaptic connection) James R. Anderson等人于2009年就已经主张应当将分子表达谱(molecular profiling)与电子显微镜图片相关联。
如今,这里给出一个例子来说明分子表达谱仪(molecular profiler)如何得到很好的利用。Jianli Li等人[1]采用电穿孔技术产生将携带有靶向到细胞膜的辣根过氧化物酶(membrane-targeted horseradish peroxidase, mHRP)基因的表达构建物导入神经元。辣根过氧化物酶发射可放大的波长为428nm的荧光。这些研究人员就使用它作为解剖学上的标记,与蝌蚪神经元的连续切片电子显微镜图片(serial section electron microscopy, SCEM)在空间上相互关联。
辣根过氧化物酶的优势之一在于它在包括线粒体/小泡(vesicle)在内的细胞膜上均匀分布。它也有助于鉴定长轴突(axon)/小直径的树突(dendrite)。但是另一方面,不同于其他的标记,它不得不在动物仍然活着的时候通过电穿孔技术导入细胞才有效果。
下面是一系列电子显微镜图片,其中远侧树突分支(distal dendritic branch),蓝色显示;带有轴突末端(axon terminal, 用粉红色显示)的突触,用白色箭头符号指示:
比例尺=1微米
当从向右观看这一系列图片时,你能够看到树突如何缩减,而研究人员能够在他们的微回路(microcircuit)模型中重构这些图片。
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为了鉴定突触,这些研究人员使用了两种主要策略:
1) 至少进行两次连续切片,在每次切片中,锚定和成簇突触小泡与紧邻神经元的细胞膜相对。
2) 在突触位点处的前突触膜(presynaptic membrane)细胞内部分到后突触膜(postsynaptic membrane)细胞质的距离应当要比非突触位点处的距离显著性地长。与这一致的是,在突触位点处的前突触膜和突触间隙(synaptic cleft)电子致密物(electron dense material)应当要比非突触位点处的相应物质更加茂密。
下面的图表量化突触位点和非突触位点处的平均膜厚度,尽管在表达辣根过氧化物酶的神经元中这些差异实际略微不是很明显:
参考文献:
Li J, Wang Y, Chiu S and Cline HT (2010) Membrane targeted horseradish peroxidase as a marker for correlative fluorescence and electron microscopy studies. Front. Neural Circuits doi:10.3389/neuro.04.006.2010.
第三篇:一种可融合的光学显微镜和电子显微镜标记:小型单线态氧制造者(MiniSOG)
1994年绿色荧光蛋白在外源系统表达在光学显微镜领域引发一场“绿色革命”,允许研究人员在细胞中可视化单个蛋白分子。
在最近的一份研究论文中,Shu et al.首先回顾了试图为电子显微镜生产类似分子,如辣根过氧化物酶,但是他们作出结论,它们全部都有严重性的缺点。他们随后报道了他们构建的一种称作小型单线态氧制造者(mini singlet oxygen generator, miniSOG)的蛋白分子,它是对来自植物拟南芥天然蛋白向光色素-2(phototropin-2)的一部分进行基因改造而成,能够非常像从水母中获得的基因编码的荧光蛋白家族一样进行使用,同时也是一种有效的氧气制造者。这种蛋白的唯一辅因子是黄素单核苷酸(flavin mononucleotide, FMN),而FMN是线粒体电子传递链所必需的,因而几乎在所有的细胞中存在。
在培养的HeLa细胞中,他们将miniSOG与细胞色素C融合在一起,证实表达这个分子能够在光学显微镜和电子显微镜下标记线粒体,如下图所示:
J = 光氧化之前的共聚焦显微图片,K = 光氧化之后的透射光显微图片; 箭符号=表达miniSOG的细胞,箭头符号=不表达miniSOG的细胞;L / M = 电子显微镜,注意一下线粒体的外膜、内膜和嵴(cristae)保存完好的形态;图片来自doi:10.1371/journal.pbio.1001041。
研究人员也将miniSOG与一种SynCAM同工型(isoform)融合在一起,而SynCAM是一种促进突触组装的细胞粘附蛋白,预期定位在后突触。他们然后使用串联黑体扫描电子显微镜(serial block face scanning electron microscopy)观察小鼠组织来确定标记物miniSOG三维空间中的位置。
唯一问题就是“miniSOG革命”是否如同“绿色革命”这个名字一样容易让人记住。
参考文献:
Shu X, Lev-Ram V, Deerinck TJ, Qi Y, Ramko EB, et al. (2011) A Genetically Encoded Tag for Correlated Light and Electron Microscopy of Intact Cells, Tissues, and Organisms. PLoS Biol, 9(4): e1001041. doi:10.1371/journal.pbio.1001041