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超分辨荧光蛋白开发研究获进展

2015.3.06

　　绿色荧光蛋白（GFP）的发明因其能够提供对于活细胞和活体动物的靶向基因修饰标记而获得2008年诺贝尔化学奖。进一步，由基因改造的光激活荧光蛋白（PA-FP）能够提供单分子特性，而实现了超分辨显微，使得这一技术获得2014年诺贝尔化学奖。随后，超分辨的发展向着活细胞动态超高时空分辨率显微迈进。其中，光学涨落超分辨成像技术（SOFI）因其可以突破单分子发光限制，同时实现多个荧光分子高速成像而迅速成为国际关注的热点。

　　最近，北京大学工学院席鹏课题组与中科院生物物理所徐平勇课题组、华中师范大学彭建新课题组联合攻关，研发了一种可以用于高速活体细胞超分辨率显微的荧光蛋白，并将其命名为Skylan-S。这一染料的显著特点是，它比现有的适用于SOFI成像的荧光蛋白Dronpa的亮度高6-8倍，涨落动态范围高4倍，同时具有极高的光学稳定性和开关特性。同时，Skylan-S是一种单体，因此能够用于活细胞成像。基于这些特性，科学家们将其应用于SOFI和PALM超分辨成像中。在SOFI成像中，获得了1.5秒的超高时空分辨率成像（每帧3毫秒，500帧进行SOFI重构），可利用4阶SOFI获得CCP的环状结构，空间分辨率好于100nm。同时，Skylan-S能够动态观察亚细胞结构60s以上。而Dronpa在第一帧就无法实现这一高分辨率，在30s中超过一半染料被漂白。利用Skylan-S和Dronpa分别标记细胞的肌动蛋白丝，证明Skylan-S能够以丰富灰阶显示不同标记浓度的蛋白丝的精细结构，而Dronpa则仅能提供信噪比非常有限的图像。Skylan-S同时具有很好的单分子特性，适用于PALM成像。同时，它也广泛适用于传统的共聚焦和双光子成像。

Skylan-S具有比Dronpa更高的光强和涨落范围，使其更适合于高阶SOFI超分辨显微

　　这一工作近期发表在国际著名期刊ACS Nano上，第一作者为中科院生物物理所的博士生张茜和北京大学的博士生陈轩泽。该工作得到国家“973”计划、国家重大仪器发展专项、国家自然科学基金、北京市自然科学基金、中科院基金等的资助。

　　席鹏课题组致力于超分辨率显微成像方面的研究，2015年以来发表的工作有：通过逆复用实现光谱分离的联合标记SOFI，发表于Nature出版的Scientific Reports期刊；利用转盘式共聚焦的层析能力与多种超分辨模态结合（3D-MUSIC）实现的三维超分辨显微，发表于Springer和清华大学出版社联合出版的Nano Research期刊。

成像超分辨

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周锦帆