激光开关对比显微镜监测细胞核内自由与受限扩散

摘要： 一种名为激光切换对比显微镜（LSCM）的新型显微技术，可实现对单细胞区室内光开关蛋白动态的成像。我们展示了该技术用于监测光开关荧光蛋白Dreiklang（DRK）单分子扩散特性的应用。在胞质表达DRK的中国仓鼠卵巢（CHO）细胞细胞核中进行的LSCM观测显示：DRK分子在数秒内即可完成整个细胞质和细胞核内的快速扩散平衡，且核膜对DRK具有高度通透性。细胞核内存在完全不同的区域——部分区域仅允许蛋白质发生与时间成正比的均方位移扩散重分布，而其他区域的蛋白质移动性似乎受到限制。光开关后，细胞核内观察到浅色DRK分子呈现线状分布模式，另有部分DRK分子呈现静止状态。这些发现支持了将细胞内部分为随机障碍模型并包含静止DRK组分的新理论。数值模拟表明：尽管扩散常数存在显著差异，在不同光照强度和距激光焦点不同距离条件下仍可能获得相似的荧光恢复模式。