PNAS：超高分辨显微成像新进展

徐涛研究组发PNAS文章

　　

生物通报道：来自中科院生物物理研究所，北京大学等处的研究人员发表了题为“A unique series of reversibly switchable fluorescent proteins with beneficial properties for various applications”的文章，通过一种光转化荧光蛋白mEos2的随机突变，获得了一系列具有光开关功能的绿色荧光蛋白，这将改善了现阶段光开关荧光蛋白（RSFP）发展滞后、品种单一的问题。相关成果公布在《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。

文章的通讯作者是中科院生物物理研究所徐平勇研究员和徐涛研究员，其中徐涛研究员早年毕业于华中科技大学，目前主要从事胰岛素储存囊泡分泌过程中的蛋白质相互作用和胞内第二信使对分泌的调控作用；葡萄糖转运体在脂肪细胞内转运和上膜机制的研究；细胞内Ca2+信号的自稳平衡和对分泌的调控作用等方面的研究。

近年来，随着新型荧光探针和成像方法的改进，光学成像的分辨率得到了极大的改进。但是与传统的光不敏感荧光蛋白（比如GFP，RFP）领域相比较，可逆光转化荧光蛋白RSFP的发展较为滞后，品种极其单一。现有的发绿色荧光的RSFP仅仅有Dronpa家族的几个蛋白和刚刚开发出来的rsEGFP。而Dronpa在进行PALM/STROM成像时，单个分子所发出的光子数比较低，成像分辨率差。

徐涛课题组通过一种光转化荧光蛋白mEos2的随机突变，获得了一系列具有光开关功能的绿色荧光蛋白，命名为mGeos。这些荧光蛋白都可以被405 nm激光所激活，被488 nm激光关闭，并且可以反复开关多次。新型光开关荧光蛋白mGeos-M, C, L, S, F and E都具有非常良好的荧光亮度，最亮的mGeos-C的亮度相当于EGFP的1.86倍（荧光蛋白亮度用消光系数和量子产率的乘积来表示）；mGeos-E同时具有光控开关和pH值敏感性，类似于荧光蛋白pHluorin。

借助(F)PALM/STORM平台，徐涛课题组还深入研究了新型荧光蛋白的单分子性质。结果发现，新型荧光蛋白mGeos-M拥有十分优秀的单分子性质，是目前已知的单分子释放出的光子数最多的绿色荧光蛋白，其单分子的定位精度可以达到10 nm左右。(F)PALM/STORM成像发现，与传统的荧光蛋白Dronpa相比，mGeos-M标记的微丝效果更好。

这项研究改善了现阶段光开关荧光蛋白（RSFP）发展滞后、品种单一的问题。其中的mGeos-M因其具有十分优秀的单分子特性，有望成为替代Dronpa的新一代超高分辨率显微成像分子探针。

原文摘要：

A unique series of reversibly switchable fluorescent proteins with beneficial properties for various applications

 Reversibly switchable fluorescent proteins (RSFPs) have attracted widespread interest for emerging techniques including repeated tracking of protein behavior and superresolution microscopy. Among the limited number of RSFPs available, only Dronpa is widely employed for most cell biology applications due to its monomeric and other favorable photochemical properties. Here we developed a series of monomeric green RSFPs with beneficial optical characteristics such as high photon output per switch, high photostability, a broad range of switching rate, and pH-dependence, which make them potentially useful for various applications. One member of this series, mGeos-M, exhibits the highest photon budget and localization precision potential among all green RSFPs. We propose mGeos-M as a candidate to replace Dronpa for applications such as dynamic tracking, dual-color superresolution imaging, and optical lock-in detection.

作者简介：

徐涛 博士导师
细胞和分子水平上从事神经和内分泌细胞信号转导和分泌分子机制

研究员, “国家杰出青年科学基金”获得者, 中科院“****”获得者, 男，1970年出生。1996年毕业于原华中理工大学。1996-1999年在德国马克思-普朗克生物物理化学研究所作博士后研究，1999-2000年赴美国华盛顿大学生理与生物物理系任高级研究员。2000年9月份被聘为教育部****奖励计划特聘教授。2000年国家杰出青年基金获得者，2002-2003年度获美国李氏基金杰出成就奖。2002年被德国马普学会聘为中德马普合作实验室主任，主持中德马普合作研究项目。现任中国科学院生物物理研究所副所长，学术委员会副主任，生物大分子国家重点实验室副主任。

主要在细胞和分子水平上从事神经和内分泌细胞信号转导和分泌分子机制的研究，承担了多项国家自然科学基金和国家杰出青年科学基金资助项目。在Cell, Nature Cell Biology, Nature Neuroscience, EMBO J, PNAS等杂志上发表多篇有影响的研究论文。