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HeLa细胞核外围切片的STED图像
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文章

第七届欧洲超分辨率用户俱乐部会议摘要

ASCR分子遗传学研究所,布拉格,2017年10月24日至26日

与布拉格ASCR分子遗传学研究所的PavelHozák教授合作举办了第七届“超分辨率用户俱乐部”会议。

使活动与科学保持紧密联系是活动的创始原则之一,它使所有参与者都可以联网,共享和探索令人兴奋的新超分辨率和纳米技术应用。会议的重点是会议期间的科学演讲,以这种尖端的显微镜技术为中心。涵盖了广泛的主题,在研讨会期间引发了有趣的讨论。 

在这里,我们介绍了会议期间进行的演讲的摘要。 

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欢迎参加第七届超分辨率用户俱乐部会议

教授PavelHozák,捷克共和国科学院分子遗传研究所显微中心主任

帕维尔(Pavel)是细胞和分子生物学家,曾在莫斯科国立大学学习生物学,随后在牛津大学邓恩病理学院和捷克斯洛伐克科学院实验医学研究所担任研究职务。自2006年以来,他一直是捷克共和国科学院分子遗传研究所的细胞核生物学系主任,自2015年以来,还是显微镜中心主任。他在细胞,自然细胞生物学和科学等主要期刊上发表论文。他在查尔斯大学的细胞和分子生物学,医学生物学和显微镜学领域演讲。他还是Czech-BioImaging和Euro-BioImaging的国家协调员。

主要研究课题:

  • 细胞核中高阶结构的定义;形成核分裂的机制
  • 核骨架的结构,动力学和功能
  • 鉴定在表观遗传调控基因表达中活跃的核结构
  • 肌球蛋白I,肌动蛋白和肌动蛋白结合蛋白的核功能表征
  • 染色质功能中核磷脂的定位和功能
  • 显微镜新方法的发展

在ASCR分子遗传学研究所的细胞生物学系中,Hozák教授长期以来一直从事与细胞核有关的研究,尤其是控制基因组功能的模式,因为它们的破坏导致基因活性的失衡。和严重的疾病。霍扎克教授的重要发现之一 研究小组发现,肌球蛋白蛋白分子和一些脂质有助于基因的读取。他的团队还致力于改善电子显微镜方法,从而将科学研究的可能性转移到细胞结构中。 Hozak教授为一组不同形状的纳米颗粒申请了专利,从而可以识别细胞中不同分子的位置,否则就无法使用标准的纳米颗粒。

使用超分辨率显微镜确定核外围组织

JindřiškaFišerová博士,捷克科学院,捷克科学院分子遗传研究所,细胞核生物学系

核外围代表了分离核和细胞质的复杂环境。它由具有驻留的内膜蛋白的双核膜组成,该蛋白位于核层下面,并被核孔复合物打孔。在脊椎动物中,核层由两个薄层物种-形成独立但相互连接的网络的A型和B型薄层组成。核层参与细胞的机械传感,核形状的确定和应变抗性。重要的是,它在组织染色质中起作用,进而在相关过程中起作用,包括DNA复制,修复或翻译。核层与相当少的基因异染色质区域有关,而NPC被视为转录活性和开放染色质的岛。

我们使用了超分辨率显微镜(SIM和 STED )和随后的图像分析,以识别核孔复合体和核层周围染色质组织的精细特征。此外,我们在耗尽核孔复合蛋白TPR的细胞中追踪了A型和B型核纤层组织,结果表明,大部分核孔复合物篮的丢失对染色质在核外围的排列以及结构特征的影响更广泛。层网络的集合。

使用多色STED和扩展显微镜观察细胞骨架

荷兰乌得勒支大学生物成像中心高级科学家Eugene Katrukha博士

细胞的内部空间充满了一组脚手架和结构聚合物网络。通常被称为细胞骨架,它们为细胞内运输(微管),维持细胞形状(中间丝)和驱动细胞运动(肌动蛋白丝)提供铁路。各个细丝的厚度在8-20nm的范围内,即远低于衍射极限。演讲将提供使用一套超分辨率技术针对其中一些网络进行同时配置映射的示例( STED , 风暴 ,扩展显微镜及其组合)。

在各种细胞模型(从成纤维细胞到神经元和上皮细胞)中,这些结果为深入了解细胞器定位,转运组织和内部病理变化的机制提供了见识。我将展示我们的最佳尝试,陷阱和实际限制,同时推动多色,3D,大视野,实时和“尽可能高分辨率”的显微成像。

定位显微镜中的信息

Susan Cox博士,英国伦敦国王学院Randall细胞与分子生物物理学系

定位显微镜是一种强大的工具,可以在数十纳米的长度范围内对结构进行成像,但其在活细胞成像中的实用性受到获取超分辨率图像所需数据所需时间的限制。使用先进的算法可以将采集时间缩短两个数量级以上,这些算法可以分析密集数据,在采集和处理时间之间进行权衡。

使用隐马尔可夫模型对整个定位显微镜数据集建模,可以从非常密集的数据集中提取定位信息。眨眼和漂白的贝叶斯分析(3B)能够在几秒钟的时间内对活细胞中的动态过程进行成像。证明了3B在各种活细胞系统(包括心肌细胞和足小体)上的性能,显示了数十nm的分辨率,采集时间低至一秒。

尽管分析较高密度的图像可以提高获取超分辨率重建所需数据的速度,但是仍然可以实现的速度受到限制。与传统的荧光显微镜不同,这些限制不仅由显微镜的特性决定,而且由样品本身的结构决定。这是因为局部样本结构会影响通过光学系统传输创建一定分辨率的图像所需的信息的速度。将讨论理论极限,并证明其对活细胞实验的影响。

超分辨率显微镜:挑战生物医学研究的潜力和应用

MRC人类免疫学系分子免疫学教授Christian Eggeling教授&英国牛津大学韦瑟尔分子医学研究所牛津沃尔夫森成像中心科学总监

了解潜在的人体有效功能的分子过程的复杂的相互作用是生物医学研究的主要目标之一。从科学上讲,重要的是应用的观察方法在观察过程中不影响生物系统。涵盖所有这些的最合适的工具是光学远场荧光显微镜。然而,生物医学应用经常需要覆盖大范围的空间和时间尺度,和/或较长的采集时间,到目前为止,单个显微镜无法完全覆盖所有这些,并且对显微镜基础设施提出了一些挑战。

以免疫细胞反应和质膜组织为例,我们概述了这些挑战,同时也对可能的解决方案和这些先进的显微技术的潜力提供了新的见解,例如解决诸如脂膜筏等长期存在的问题。

从Lamin到脂质:STED作为生物医学研究工具

马斯特里赫特大学分子细胞生物学系Marc van Zandvoort教授,荷兰马斯特里赫特

在简要介绍显微镜和 STED ,讨论2D-的一些示例 STED 在组织学样本和微泡上快速切换到特定的应用,即对3T3细胞的细胞核周围的Lamin结构进行成像。

分辨率上的差异将得到验证,这表明该技术在生物学研究中的优势。将指出未来研究的可能性。

结合STED显微镜和阵列层析成像技术揭示人淀粉样蛋白(Aβ)斑块的结构超分辨率信息

西班牙巴塞罗那ICFO的超分辨率光学显微镜和纳米显微镜实验室设施研究工程师Jordi Andilla博士

淀粉样蛋白-β(Aβ)噬菌斑由不同种类的Aβ肽的聚集体组成,从单体和低聚物到大纤维。这些斑块代表阿尔茨海默氏病(AD)的核心神经病理学特征之一。但是,在人脑中,研究这些聚集体已被证明具有挑战性。这是因为可以从样本收集的详细结构的3D信息的大小受到光的衍射极限的限制。此外,光学像差和散射使难以在大脑聚集体内成像平面。

在这项工作中,我们介绍了阵列断层扫描显微镜(ATM)和 STED 显微镜检查。这提供了分辨率高达80nm的各向同性3D信息提取,而不受聚集体的光学性能的影响。我们将在研究AD中Aβ肽的聚集及其寡聚形式(oAβ)的作用中看到这种方法的适用性,该寡聚形式被认为是与突触毒性和损失相关的最有害物种。

使用mNeonGreen的活细胞STED

奥地利因斯布鲁克医科大学神经生物化学部生物光学核心设施负责人Martin Offterdinger博士

活细胞 STED 使用FP的显微镜通常受到以下事实的阻碍:EGFP的横截面非常小 STED 通常用于黄绿色发色团的耗尽型激光器大约在590 nm。 EYFP及其衍生物在此波长下显示出更好的横截面,但受它们易于漂白的事实困扰。为了克服这些问题,我们使用了mNeonGreen©,并发现它可能优于EGFP和EYFP,这可能是由于其一些特定的特性。首先,它明显比EGFP和EYFP都亮,其次,与EGFP相比,它的荧光是红移的,因此与EGFP相比,耗尽型激光器的横截面要好得多。我将介绍在转染的细胞系中使用mNeonGreen成功进行活细胞成像的几个例子。

使用超高分辨率显微镜阐明布鲁氏锥虫中的线粒体基因组分离机制

瑞士伯尔尼大学细胞生物学研究所Torsten Ochsenreiter教授

在几乎所有的真核生物中,线粒体都保持自己的基因组。尽管有50多年的发现,但对细胞分裂过程中基因组如何正确分离的了解还很少。原生动物寄生虫布鲁氏锥虫包含单个线粒体,其单个基因组为动质体DNA(kDNA)。电子显微镜研究表明,三方连接复合物(TAC)可以将kDNA物理连接到鞭毛的基体,并在细胞周期中通过基体的运动确保线粒体基因组的正确分离。

使用超分辨率显微镜,我们可以精确定位每个当前已知的独特TAC组件。我们证明TAC是从鞭毛的基部朝向线粒体基因组按等级顺序组装的,并且该组装不依赖于kDNA本身。

氘核介导的中心体大量生产的解密分子控制

Camille Boutin博士,法国马赛​​发育生物学研究所

从海洋无脊椎动物到人类,在多种后生动物中都发现了带有多个能动纤毛的细胞。多纤毛细胞(MCC)形成的早期步骤是大量生产中心粒,将其转化为基体后可作为纤毛的锚定单位。 MCC中的大多数中心粒是由称为氘核小体的特殊结构产生的,该结构的直径为几百纳米。

最初描述40年后,人们对氘核的组成,结构和调控知之甚少。我将介绍我们的策略,以鉴定申母体成分以及如何 STED 显微镜为我提供了解决组织问题的强大工具。