利用多模荧光各向异性和折射率驱动的寿命调制探测生物分子凝聚体微环境

《Communications Chemistry》：Probing biomolecular condensate microenvironments with multimodal fluorescence anisotropy and refractive index-driven lifetime modulation

　　

摘要

经历液-液相分离（LLPS）的生物分子凝聚体形成了密集堆积且动态异质的微环境，从而重塑了分子相互作用和光学性质。由于荧光蛋白被广泛用于追踪凝聚体形成蛋白，理解这些微环境如何改变其光物理特性对于揭示超越简单荧光团浓度效应的内部物理化学性质至关重要。通过对mNeonGreen标记的DDX4进行时间分辨荧光显微镜成像，我们证明荧光寿命和各向异性对相分离及生化扰动均表现出高度敏感性，包括加入Ca²⁺或ATP——这两种已知的LLPS调控因子。在本研究中，我们剖析了这些光物理响应的内在机制，并建立了能够提取凝聚体内部关键物理化学参数的定量模型，例如蛋白密度和凝聚体极化率。通过将基于寿命的折射率估计与各向异性衰减分析和同源FRET相结合，我们证明荧光光物理学能够互补地定量反映分子堆积程度和介电环境。该方法为研究生物分子凝聚体的内部组织、局部环境和动态行为建立了一个稳健的框架。