成像方法揭示了什么

*說：“這就像是將記者X拴在一塊樂高積木上，而記者Z拴在一塊K'NEX塊上，只有樂高積木才能卡住其他樂高積木，這導(dǎo)致只有記者X才能與更多記者X聚在一起。" 。

通過這種技術(shù)，每個細胞終都有數(shù)百個熒光報告簇。在顯微鏡下測量每個簇的活性后，基于不斷變化的熒光，研究人員可以通過保存細胞并染色每個報告基因*的肽標(biāo)簽，來確定正在每個簇中測量哪個分子。肽標(biāo)簽在活細胞中是不可見的，但是在活成像完成后可以對其進行染色和觀察。這使研究人員能夠區(qū)分不同分子的信號，即使它們可能都在活細胞中發(fā)出相同的顏色。

研究人員使用這種方法表明，他們可以在一個細胞中看到五個不同的分子信號。為了證明該策略的潛在用途，他們測量了平行的三個分子的鈣，環(huán)狀A(yù)MP和蛋白激酶A(PKA)的活性。這些分子形成一個信號網(wǎng)絡(luò)，與整個身體的許多不同細胞功能有關(guān)。在神經(jīng)元中，它在將短期輸入(來自上游神經(jīng)元)轉(zhuǎn)換為長期變化(例如加強神經(jīng)元之間的連接)方面起著重要作用，這是學(xué)習(xí)和形成新記憶所必需的過程。

將這種成像技術(shù)應(yīng)用于海馬錐體神經(jīng)元后，研究人員確定了兩個具有不同鈣信號動態(tài)的新型亞群。一個人群顯示鈣反應(yīng)緩慢。在其他人群中，神經(jīng)元的鈣反應(yīng)更快。后者人群的PKA反應(yīng)較大。研究人員認(rèn)為，這種增強的反應(yīng)可能有助于維持神經(jīng)元的長期變化。

成像信令網(wǎng)絡(luò)

現(xiàn)在，研究人員計劃在活體動物中嘗試這種方法，以便他們可以研究信號網(wǎng)絡(luò)活動與行為的關(guān)系，并將其擴展到其他類型的細胞，例如免疫細胞。該技術(shù)對于比較健康組織和患病組織的細胞之間的信號網(wǎng)絡(luò)模式也可能有用。

他們說，在這篇論文中，研究人員表明他們可以一次記錄五個不同的分子信號，并且通過修改現(xiàn)有策略，他們相信它們可以達到16個。通過額外的工作，這個數(shù)字可以達到數(shù)百個。

博伊登說：“這確實可能有助于解決一些棘手的問題，這些問題涉及細胞的各個部分如何協(xié)同工作。" “人們可以想象一個時代，我們可以看到活細胞中的一切，或者至少是與學(xué)習(xí)，疾病或疾病治療有關(guān)的部分。"

在單個細胞內(nèi)，成千上萬的分子(例如蛋白質(zhì)，離子和其他信號分子)共同發(fā)揮各種功能-吸收營養(yǎng)，存儲記憶并分化為特定組織等。解密這些分子及其所有相互作用是一項艱巨的任務(wù)。在過去的20年中，科學(xué)家們開發(fā)了熒光報告器，可以用來讀出細胞內(nèi)單個分子的動態(tài)。但是，通常一次只能觀察到一個或兩個這樣的信號，因為顯微鏡無法區(qū)分許多熒光色。

麻省理工學(xué)院的研究人員現(xiàn)在已經(jīng)開發(fā)出一種方法，可以通過測量整個細胞中隨機，不同位置的每個信號來一次成像多達五種不同的分子類型。Y. Eva Tan神經(jīng)技術(shù)教授，生物工程，媒體藝術(shù)與科學(xué)以及腦與認(rèn)知科學(xué)教授Edward Boyden表示，這種方法可以使科學(xué)家了解更多有關(guān)控制大多數(shù)細胞功能的復(fù)雜信號網(wǎng)絡(luò)的更多信息。麻省理工學(xué)院。

麻省理工學(xué)院成員博伊登說：“基因組編碼了成千上萬個分子，它們以我們不了解的方式相互作用。只有同時觀察它們，我們才能了解它們之間的關(guān)系。"麥戈文腦科學(xué)研究所和科赫綜合癌癥研究所。

研究人員說，在一項新的研究中，博伊登及其同事使用這種技術(shù)來識別兩個以不同方式對鈣信號作出反應(yīng)的神經(jīng)元種群，這可能會影響它們對長期記憶的編碼方式。

博伊登(Boyden)是這項研究的資深作者，該研究今天在《細胞》雜志上發(fā)表。該論文的主要作者是麻省理工學(xué)院的博士后長陽靈虎和研究生香農(nóng)·*。

熒光團簇

為了使分子活性在細胞內(nèi)可見，科學(xué)家通常通過將感應(yīng)目標(biāo)分子的蛋白質(zhì)與發(fā)光的蛋白質(zhì)融合來創(chuàng)建報告基因。約翰·楊說：“這類似于煙霧探測器感知煙霧然后閃爍光的方式。"*也是楊潭分子治療中心的研究員。-常用的發(fā)光蛋白是綠色熒光蛋白(GFP)，其基于初在熒光水母中發(fā)現(xiàn)的分子。

博伊登說：“通常，生物學(xué)家可以在顯微鏡下同時看到一種或兩種顏色，而且許多記者是綠色的，因為它們是基于綠色熒光蛋白的。" “到目前為止，一直缺乏能夠同時看到多個以上這些信號的能力。"

Linghu說：“就像從管弦樂隊中聆聽單個樂器的聲音一樣，遠遠不足以*欣賞交響樂，"通過同時觀察多個蜂窩信號，我們的技術(shù)將幫助我們理解“交響曲"。的細胞活動。"

為了增加他們可以看到的信號數(shù)量，研究人員著手通過位置而不是顏色來識別信號。他們修改了現(xiàn)有的報道分子，使其聚集在一個單元內(nèi)不同位置的簇中。他們通過向每個報道分子添加兩個小肽來做到這一點，這有助于報道分子在細胞內(nèi)形成不同的簇。