超分辨成像澄清红细胞骨架核心组分血影蛋白生理长度的疑问

      红细胞是人血液中数量最多的一种细胞，主要负责氧气和二氧化碳的运输，保障生命活动正常进行。红细胞呈现特有的双凹圆饼状形态并具有极强的变形性和稳定性，保证其在120天寿命中往返动静脉上百万次，行程约480km循环过程中不断承受大血管中的流体剪切力和比自己直径还小的毛细血管挤压力而不破损。红细胞虽已被人类认知300多年，但是诸多的机制仍尚不清楚，如细胞形态、变形性与细胞骨架的关系等。潘雷霆教授与美国加州大学伯克利分校Ke Xu教授合作，基于单分子定位超分辨光学成像技术在红细胞骨架结构与特性研究方面获重要进展，相关结果以“Super-Resolution Microscopy Reveals the Native Ultrastructure of the Erythrocyte Cytoskeleton”为题发表在国际知名学术期刊《Cell Reports》。

      红细胞骨架是由血影蛋白（图1A红灰色部分）和连接复合体（图1A绿色部分）等交替编织构成，变形性相关的重要物理参数—两个连接复合体之间的距离，即血影蛋白的生理长度实验上一直存在争议：分辨率极高的电镜成像方法如负染电镜、快速冷冻深度蚀刻电镜、冷冻电子断层扫描电镜分别测得血影蛋白长度为200 nm（PNAS, 1985, 82: 6153），60 nm（Cytoskeleton, 1991, 19: 227）和46 nm（Biophys. J., 2011, 101: 2341）。电镜成像的分辨率虽高，但生物样品处理过程存在固有缺陷，如需干燥、脱膜，无法获得真实、完整的骨架结构信息。光学成像法分辨率较电镜虽稍显不足，但具备无损/低损观察样品优点。

      在近无损生理条件下对人红细胞骨架组织特性进行了SMLM超分辨成像研究。首先发展了一种血红蛋白背景荧光去除及红细胞平铺贴壁方法（图1B），实现对骨架上六种主要蛋白的高效单色和双色STORM超分辨成像。又创新性地引入最近距离分析（图1CD, GH）、二维自相关分析（图1EF, IJ）和二维互相关分析（图1K-N）数理方法，并结合理论建模，证实骨架存在六边形网格状结构（图1EF, IJ），揭示出骨架核心组分血影蛋白生理状态长度约为80 nm。
                                                       图1 红细胞骨架SMLM超分辨成像研究
   

        我们原位近无损实验证实了著名生物物理学家Waugh教授近40年前基于六边形网格模型理论计算出红细胞血影蛋白76 nm的生理长度（Biophys. J., 1982, 39: 273），澄清了多年来红细胞骨架核心组分血影蛋白生理长度的疑问，为揭示红细胞极强变形性的内在机制提供了新的物理信息和思考视角。

新闻链接：

https://news.nankai.edu.cn/zhxw/system/2018/02/03/000367496.shtml

完整全文下载链接：

https://www.cell.com/cell-reports/fulltext/S2211-1247(17)31959-9