PNAS：首次肉眼观测到活细胞离子通道开启

　　

生物通报道：去年著名实验室MBL研发出了一种新型细胞电活性探针，可以用于神经生物学研究中，时隔一年，这一实验室又在这一荧光探针中加入了一种“有毒成分”：狼蛛毒素（Tarantula Toxin）。

这一研究成果公布在10月20日的《美国国家科学院院刊》（PNAS）杂志上。文章的第一作者是加州大学戴维斯分校的Drew C. Tilley，以及Kenneth Eum。

这种探针充分利用了狼蛛毒素能绑定到电激活细胞（静息状态中），如神经元上的特性，研究小组成员发现荧光化合物上结合的极微量的毒素能绑定到活细胞中一种特殊的电压激活蛋白（Kv2 型钾离子通道）亚基上，因此这种探针能点亮带有这种离子通道的细胞表面，同时当这些通道被电信号激活时，这些荧光信号就会熄灭。

这是第一次研究人员能以可视的方式，无需遗传修改离子通道观察到这些通道“打开”，这表明这种探针未来有一天也许能用于绘制人脑中的神经活动图谱。

“这就是一次演示，证明我们可以利用这种探针检测机体中未进行遗传修改的电系统活性，”文章的通讯作者，加州大学戴维斯分校生理学与膜生物学系助理教授Jon Sack。

由于这种探针是选择性的与许多种不同离子通道中的一种结合，因此这也能有助于科学家们解开这些神经元信号转导中特定通道的功能之谜。并且也可以用于识别神经疾病和失序症中药物的靶标。

“我们体内有许多种令人难以置信的离子通道，乃至电压激活离子通道。这给科学家们带来了难题——哪种离子通道对应哪种功能？正常中枢神经系统运作又需要哪些离子通道呢？其中哪些通道涉及了异常状态或综合征的发生？”Sack说，“我们希望能看到不同类型的离子通道在何时干些什么，了解它们对于生理学与病理生理学的意义”。

这些探针能对离子通道的改变作出反应，因此特别适合于这些研究工作。早在上个世纪70年代，MBL实验室的Clay M. Armstrong和Francisco Bezanilla 就首次观察到了离子通道电压传感器的变化(Nature 242: 459-461, 1973)。他们利用电生理学方法检测电压传感器的变化。而这项研究中用到的蜘蛛毒素探针则创建了可视化信号。

活细胞成像并不容易，今年的诺贝尔化学奖就颁给了与其相关的超高分辨率显微技术，超分辨率显微镜突破了光学设备的理论极限250纳米，可以更高的分辨率捕获图像。

很多亚细胞结构都在微米到纳米尺度，衍射极限的存在限制了我们使用光学显微镜观察这些生物样品。比如细胞的骨架蛋白微丝非常密集，在荧光显微镜下其图像非常模糊，无法看到细节，而电子显微镜的分辨率可以达到1nm左右，非常清楚地呈现了细胞骨架的细节。然而电子显微镜几乎不能做活的样品，特异性也没有荧光显微镜好。因此，发展超高分辨率荧光显微技术对生物学研究意义非常重大。这也就是为何今年的诺贝尔奖花落这一领域的原因所在。

（生物通：张迪）

原文检索：

Tilley DC, Eum KS, Fletcher-Taylor S, Austin DC, Dupré C, Patrón LA, Garcia RL, Yarov-Yarovoy V, Cohen BE, and Sack JT (2014) Chemoselective tarantula toxins report voltage activation of wild-type ion channels in live cells. PNAS