“到細胞膜城下還有條河，怎么辦？”
MLKL分子們正著急著，
突然看到河上有拼成的木塊。
四人以上一組，
踩好四塊以上木塊組合成的木筏，
就能有機會過河，
來到細胞膜城下……
不要以為這是游戲里設置的各種關卡通關，這是廈大科學家們今年一項重要科研成果的漫畫示意圖。
今年，中國科學院院士、廈門大學教授韓家淮和廈門大學副教授陳鑫團隊借助單分子定位超分辨成像技術“隨機光學重建顯微鏡（STORM）”，首次揭示了“壞死小體”在細胞中的組織結構特征及其對細胞死亡的決定作用，為人類相關疾病治療干預提供了新思路。相關論文已在《自然·細胞生物學》上發(fā)表。
01超高分辨成像技術讓推論眼見為實
眾所周知，細胞是生命體的基本功能單元，盡管尺寸非常微小，但對于生命體的意義卻無可替代。而決定細胞命運的關鍵一環(huán)是細胞的程序性死亡。在細胞程序性死亡中，有一種形式叫“壞死樣凋亡”，起決定作用的一個重要信號處理樞紐就是“壞死小體”復合物。
“壞死小體”在死亡細胞中的結構究竟如何？“壞死小體”如何精準發(fā)力決定細胞死亡命運？ 這些問題涉及到了多個核心分子（RIP1/RIP3/MLKL）的招募激活和信號放大/轉變等復雜過程。由于細胞體尺寸非常微小，例如哺乳動物細胞一般在幾十微米，要觀察到其內部“壞死小體”的精準調控機制難度可想而知。
在此前的研究中，科學家曾借助常規(guī)共聚焦熒光顯微鏡，觀察到細胞死亡過程會產生大小不等的“壞死小體”點狀信號，提示了該信號樞紐很可能存在動態(tài)組裝過程。但“壞死小體”在細胞中是如何精準處理復雜信號，進而決定細胞死亡的始終是一個未解的謎團。
韓家淮、陳鑫團隊借助于近年來快速發(fā)展的超分辨成像技術，嘗試了多種目前較成熟的技術流派，最終找到了精準觀察“壞死小體”運行機制的利器——單分子定位超分辨成像技術（STORM）。
團隊通過對STORM成像全流程進行細致優(yōu)化，在生物樣本上實現了優(yōu)于常規(guī)共聚焦顯微鏡10倍以上的分辨率（13~18納米定位精度）。這些技術的提升使許多原本看不見、看不清的研究對象變得清晰明朗，讓原來靠推測得到的結論“眼見為實”。
02隨機光學重建顯微鏡（STORM）發(fā)現壞死小體如何精準處理復雜信號
回到上述的漫畫示意圖，韓家淮、陳鑫團隊成功觀察到，死亡細胞中的“壞死小體”由初始點團樣結構演化為直徑約50納米，長度約200~600納米的規(guī)則棒狀結構的組裝模式，并且在該規(guī)則棒狀結構中呈現出明顯的由RIP1/RIP3組成的馬賽克狀分布。 當MLKL四人成團，找到四塊以上RIP3木塊，就能越過“壞死小體”河流，進而靶向細胞膜，導致細胞死亡發(fā)生。
“該結果在細胞原位揭示了關鍵信號樞紐納米尺度上的組織特性及其對信號傳遞/放大/轉換的貢獻，為發(fā)展特異性抑制程序性細胞死亡的干預手段提供潛在的切入點，希望我們的發(fā)現能夠對神經退行性疾病（帕金森病、多發(fā)性硬化癥等）、病原菌感染性疾病（膿毒癥等）的臨床應對和治療有所幫助。”韓家淮院士介紹。
03超高分辨成像技術有望解析更多生物大分子復合物
細胞內數量眾多的生物大分子復合物都是控制生命活動的核心功能樞紐，如DNA復制/轉錄起始復合物和細胞器膜上的各類轉運復合物等。現代生物學的理論基石——細胞學說誕生至今已近兩百年，但人類始終無法徹底解析任一細胞在穩(wěn)態(tài)/應激條件下的分子水平精細結構，自然也無法隨心所欲地改造/控制細胞，實現保障人類健康和社會進步的宏偉目標。
目前單顆粒冷凍電鏡技術是解析蛋白質結構的利器，但面對細胞內結構巨大、成分復雜、高度異質的功能復合物，其仍存在較明顯局限性。韓家淮、陳鑫團隊的工作證明了納米尺度光學成像是解析此類大型生物大分子復合物的組織特征和功能模式的可行方案之一。
“細胞原位‘壞死小體’精細結構的成功觀測，無疑加大了我們未來使用超分辨成像技術揭示更多生命內在規(guī)律的信心。”陳鑫說，未來隨著前沿成像技術的進一步發(fā)展，如單納米分辨精度顯微鏡、冷凍斷層掃描技術等，人類終有一天將能夠清晰地觀察到時刻運轉著的，神奇的生命內在規(guī)律。
04超高分辨率顯微成像系統(tǒng)iSTORM預約試拍
前文中提及的STORM成像技術，目前已成功實現商用，有需要STORM成像技術進行實驗研究的專家老師們，可預約試拍。 力顯智能現已發(fā)布的超高分辨率顯微成像系統(tǒng) iSTORM，成功實現了光學顯微鏡對衍射極限的突破，使得在 20 nm的分辨率尺度上從事生物大分子的單分子定位與計數、亞細胞及超分子結構解析、生物大分子生物動力學等的研究成為現實，從而給生命科學、醫(yī)學等領域帶來重大突破 。
超高分辨率顯微成像系統(tǒng) iSTORM 具有 20 nm超高分辨率、3通道同時成像、3D同步拍攝、實時重構、2小時新手掌握 等特點，已實現活細胞單分子定位與計數，并提供熒光染料選擇、樣本制備、成像服務與實驗方案整體解決方案， 以納米級觀測精度、高穩(wěn)定性、廣泛環(huán)境適用、快速成像、簡易操作等優(yōu)異特性，獲得了超過50家科研小組和100多位科研人員的高度認可。
論文鏈接：
https://www.nature.com/articles/s41556-022-00854-7
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