近日，上海光源科學中心研究員諸穎、胡鈞、王麗華和上海交通大學教授樊春海的聯合團隊發展了一種X射線遺傳編碼探針，成功在同步輻射X射線顯微鏡上實現了對細胞內特定蛋白質的內源標記和原位納米分辨成像。該研究成果近日以Genetically encoded X-ray cellular imaging for nanoscale protein localization 為題發表於《國家科學評論》上(National Science Review，2020，DOI: 10.1093/nsr/nwaa055)。
從第一台光學顯微鏡到螢光顯微鏡再到最新的超分辨螢光顯微鏡，顯微成像技術的發展始終伴隨著生物學研究的發展。與可見光相比，X射線的波長很短，因此，基於同步輻射的X射線顯微鏡具有內稟的高分辨和強穿透能力，可以對完整細胞進行納米分辨成像。然而，由於缺乏高特異性生物探針，現有的X射線顯微成像多依賴於外源探針，步驟較多且容易帶來誤差。因此，尋找「X射線顯微鏡的GFP」成為一個迫切需求（GFP即綠色螢光蛋白，是由錢永健等人發展的螢光成像遺傳編碼探針）。
研究者將經過基因改造的過氧化物酶（APEX2）用作X射線遺傳編碼探針。在哺乳動物細胞中，帶有APEX2標籤的特定蛋白質表達後，APEX2可以原位催化DAB單體形成X射線顯微鏡下可見的聚合物，從而實現成像。使用新探針APEX2，研究者能夠以25-30 nm的超高空間解析度觀察到細胞內多種蛋白質分子和亞細胞結構，其成像能力優於EGFP標記的螢光共聚焦顯微鏡，二者的半峰全寬（FWHM）分別約為20-30 nm和超過200 nm。X射線標籤具有優越的光穩定性，可以長時間觀察細胞內和細胞間發生的分子事件。而利用X射線的高能量分辨性質，還可以實現對細胞內多種蛋白質的同時觀測。該研究建立了一個高通用性的同步輻射細胞顯微成像平台。
該工作前後歷時7年，得益於上海光源科學中心對同步輻射前沿應用in-house研究的長期支持，同時也得到了加拿大光源和韓國浦項光源等多個同步輻射軟X射線譜學顯微線站的幫助。相關工作得到國家重點研發計劃、中科院重大科技基礎設施開放研究項目、國家自然科學基金委、盧嘉錫國際團隊項目和中科院青年創新促進會的支持。
X射線成像遺傳編碼探針對細胞內特定蛋白質的內源標記和原位納米分辨成像
來源：中國科學院上海高等研究院