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林金星教授團隊在植物膜蛋白動態計算方面發表高質量綜述論文

[發布日期:2018-04-09 點擊數: ]

近日,北京林業大學林木分子設計育種高精尖創新中心和生物學院林金星教授受邀在植物學權威學術期刊Annual Review of Plant Biology撰寫題為 “Exploring the Spatiotemporal Organization of Membrane Proteins in Living Plant Cells”的綜述文章 (IF=22.8),對在活體狀態下植物膜蛋白動態王者彩票网登录、聚合狀態及蛋白互作的單分子分析技術進行了總結,對這些單分子分析技術在植物生物學中的應用進行了深入探討,并提出了有效的分析方法。

植物膜蛋白在物質轉運和信號轉導過程中發揮重要作用,但在活體條件下研究和分析膜蛋白的動態過程、分子間相互作用則非常困難。林金星教授研究團隊率先建立了適合于植物活細胞觀察的單分子分析平臺,實現了在體、原位條件下膜蛋白聚合狀態以及蛋白互作的納米和毫秒級的實時動態檢測。十多年來,通過單分子技術相繼對植物中的PIP2;1 (Li et al., Plant Cell, 2011), Flot1 (Li et al., Plant Cell, 2012), AMT1;3 (Wang et al., PNAS, 2013), AP2 σ (Fan et al., Development, 2013), Phot1 (Wan et al., Plant Cell, 2014), RbohD (Hao et al., Plant Cell, 2014), BRI1 (Wang et al., Molecular Plant, 2015) 等膜蛋白的擴散和駐留時間等動態參數進行了檢測和分析。此外, 還通過優化單分子技術王者彩票网登录,分析了活體狀態下膜蛋白的聚合狀態 (Wang et al., Nature Protocols, 2015),并建立了一些重要細胞器膜蛋白的單分子檢測技術方法 (Lv et al., Molecular Plant, 2017)。在過去這些研究的基礎上王者彩票网登录,該綜述著重分四部分評述了植物膜蛋白單分子研究技術,包括標記技術王者彩票网登录、單分子成像技術、膜蛋白聚合體和互作的動態計算方法王者彩票网登录,以及這些技術在植物生物學領域的應用王者彩票网登录。

由于單個分子的熒光很弱,并且容易受到背景噪音的干擾,因此要實現單分子成像,對膜蛋白進行有效標記至關重要。該綜述的第一部分除了介紹常規的標記方法,譬如小分子染料和納米熒光顆粒標記(量子點QD)等技術外,還重點敘述了熒光蛋白的標記(如GFP、mCherry、DsRed-E5、光激活蛋白PA-GFP和Dronpa),以及它們在實際應用中需要注意的問題。

第二部分闡述了標記后蛋白的單分子追蹤和成像技術,包括激光共聚焦顯微鏡、超高分辨顯微鏡和寬場顯微鏡等。雖然常規的共聚焦顯微鏡的分辨率不能達到單分子檢測要求王者彩票网登录,但如果配置高靈敏度的檢測器,結合相應的分析系統王者彩票网登录,譬如熒光相關光譜(FCS)、熒光互相關光譜(FCCS)和熒光能量共振偏移(FRET)技術等,也可以實現對單分子的追蹤、動態分析以及膜蛋白狀態的檢測。該綜述除了介紹2014年諾貝爾化學獎授予的超分辨顯微術(STED、STORM、PALM等)以外,重點介紹了適合于植物細胞膜蛋白分析的可變角度-全內反射熒光顯微鏡(VA-TIRFM)的原理及其應用。

綜述的第三部分詳細介紹了在標記和成像基礎上,測定膜蛋白聚合狀態和動力學特征的主要方法:(1)通過熒光強度的分析技術,包括FIDA、PCH、SpIDA技術;(2)通過熒光漂白的分析技術王者彩票网登录,包括smSubunit-counting和smFRAP技術;(3)通過熒光漲落及熒光共振能量轉移的分析技術,包括FCS/FCCS、FRET-FLIM技術;(4)通過蛋白共定位和相互作用的分析技術,包括單分子水平的蛋白接近指數分析技術(smPPI)和單分子水平的pull-down 技術王者彩票网登录。

圖1植物細胞中膜蛋白聚合狀態的動態計算技術模式圖

 

綜述的最后一部分簡要敘述了在信號傳導過程中,單分子技術用于檢測膜蛋白聚合與活化狀態、動態變化與膜筏關系、動力學特征與細胞骨架關系,以及不同環境條件下膜蛋白密度、駐留時間、胞吞途徑和轉運速率、細胞骨架和細胞壁對膜蛋白聚合體形成的動態調控等方面的應用,為植物膜蛋白的研究提供了新思路王者彩票网登录。

該綜述已于4月6日在線發表(https://doi.org/10.1146/annurev-arplant-042817-040233)。林金星教授為論文的通訊作者,該團隊成員、現為揚州大學副教授王莉為論文的第一作者,團隊成員薛軼群王者彩票网登录、邢晶晶和宋凱博士為論文的其他作者。該論文得到了北京林木分子設計育種高精尖創新中心和國家自然科學基金重點項目的資助。

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