风暴揭示了细胞骨骼网中的从未见过的孔

超分辨率显微镜显示红细胞膜下面的二维三角形蛋白质网状。（ke xu图像）

今天的最尖锐的成像工具之一，超分辨率显微镜，产生闪闪发光的图像，直到现在已经是细胞的模糊内部，不仅详细说明了细胞的内脏和骨架，而且还提供了对细胞的洞察力的令人惊叹的灵活性。

在目前的杂志报告期刊上，柯旭及其在UC Berkeley的同事使用该技术来提供支持红细胞外膜的测地网眼的尖锐视图，揭示了这种细胞足够坚固但这种细胞仍然灵活当它们携带氧气到我们的组织时，挤压狭窄的毛细血管。

发现可能最终有助于揭示疟疾寄生虫劫持该网状物，称为亚膜细胞骨架，当它侵入并最终破坏红细胞时。

“人们知道寄生虫与细胞骨架相互作用，但它是如何尚不清楚的，因为没有好方法来看待结构，”化学助理教授徐徐说。“现在我们已经解决了在正常健康的细胞中真正发生的事情，我们可以询问对寄生虫感染的变化以及药物如何影响互动。”

典型的人体细胞具有支撑外膜的二维骨架和三维内部骨架，其支撑内部的所有细胞器并用作整个细胞的运输系统。

然而，红细胞只有膜支撑件并且没有内部脚手架，因此它们基本上是一个填充有氧血红蛋白分子的气球。由于其结构更简单，红细胞是研究支持所有细胞中膜的骨架的理想选择。

电子显微镜图像更早显示红细胞中的亚膜细胞骨架是蛋白质的三角形网格，使测地圆顶的称呼。但是，通过扁平死和干燥的细胞的圆顶膜来进行三角亚基的尺寸的测量，这使得结构变形。

用染料标记光谱分子分子的一端显示，在三角网格的顶点上与肌动蛋白蛋白连接的位置。超级分辨率显微镜显示顶点之间的80纳米距离，以及网眼的缺点间隙 - 弱点，可能允许红细胞在不破裂的情况下重塑本身。

训练细胞骨架

徐是哈佛大学实验室的博士后研究员，其中一名超分辨率显微镜，萧伟庄，是一个名为Storm（随机光学重建显微镜）的专家。超分辨率显微镜比标准光学显微镜提供大约10倍的分辨率，并适用于湿和活细胞。

使用风暴，徐，前伯克利邮政编码平底锅和研究生瑞妍能够以鲜红血细胞的全亚膜细胞骨架形象，发现网格的三角形大约是在早期测量中发现的一半大小电子显微镜：每侧为80纳米长，而不是190纳米。

区分是至关重要的：网格的构建块是称为光谱蛋白的蛋白质，其长度可以拉伸至最大约190纳米。徐说，如果网状物由拉伸光谱制成，则将是刚性的。但由于其正常长度是一个缓和的80纳米，它起到像弹簧一样。“它更像是一个放松状态的春天，在那里它在压缩或拉伸下具有多大的灵活性，因此在不同的生理条件下给予红细胞很多弹性，例如通过狭窄的毛细血管挤压，”闫说。

在网眼的顶点，其中五到六个光谱蛋白聚集在一起，是一种不同的蛋白质：肌动蛋白。肌动蛋白是亚膜细胞骨架的标准部分和细胞的主要结构组分之一。

在神经元的轴突中标记光谱分子，显示它们的全长190纳米。

网眼泪水

有趣的是，风暴揭示了在细胞骨骼网中从未出现过的孔，这对其灵活性也可能是至关重要的。

“这是网络中的缺陷，但可能有一个原因，”徐说，他也是陈扎克伯格生物冲调查员。“电池希望随着毛细血管迅速改变结构，并且具有这些缺陷在不破坏网格的情况下重新组织形状。它可以充当弱点，因为他们试图通过东西来挤压，他们可以开始围绕这些点弯曲。“

徐实际上发现了光谱的关键结构作用。虽然仍处于哈佛，但他使用了风暴来看看神经元的骨骼结构，并发现肌动蛋白蛋白质沿着轴突的整个长度形成精确间隔的环 - 这可以像轴一样长 - 就像肋骨一样蛇。它们以恰好190纳米分开，当他通过带有这种长度的蛋白质的教科书时，他遇到了光谱蛋白。他随后用风暴确认，在其拉伸状态下，光谱蛋白是环之间的垫片，使它们能够精确分开。

“振铃骨架使轴突成为非常稳定但可弯曲的结构，”徐说，而常规间隔可能是其电导率的关键。

风暴可以提供细胞内部骨架的清晰图像，例如该上皮细胞。

超分辨率显微镜采用技巧来克服光学光学显微镜的衍射极限，这防止了传统的光学显微镜分辨小于光的波长尺寸的一半的东西，这对于可见光约为300纳米。

风暴涉及将闪烁的光源附加到敏感分子，然后独立地隔离每个光的位置，建立一个完整的图像，就像开发射点的1880年代艺术家一样，从涂料的融资产生图像。

通常，化学家将这些闪光源连接到细胞中相同类型的所有分子，例如所有肌动蛋白分子，但由于只有少量源源在任何时候闪烁，因此可以针对每个的确切位置。徐表示，今天的最佳分辨率约为10纳米，这是关于单一蛋白质或分子的大小。

出版物：界面平底锅等，“超分辨率显微镜显示了红细胞细胞骨架的天然超微结构，”2018年细胞报告; DOI：10.1016 / J.CELREP.2017.12.107