3D live-cell SR imaging microscopy detects directional vesicle trafficking events in relation to lipids and the cytoskeleton

1月19日，省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室 邢晶晶 博士联合北京林业大学林木分子设计育种高精尖创新中心/生物学院林金星教授在国际知名学术期刊Trends in Plant Science上发表了题为“3D Imaging of Lipid-Guided Vesicle Trafficking Along the Cytoskeleton”的技术性综述论文，就植物中三维超高分辨成像技术在磷脂调控囊泡定向转运方面的应用做了着重介绍。

真核生物中，蛋白质通过囊泡转运 (Vesicle trafficking) 定向运输至不同的膜系统，是细胞的基本生命活动和主要的信号传递方式。囊泡的定向转运过程具有高度的特异性和靶向性，是一个非常复杂并且被精细调控的过程。近年来，植物磷脂分子被发现不仅是生物膜的重要组成部分，还可以作为信号分子参与膜融合、细胞骨架重排和囊泡转运调节因子的招募过程调控囊泡定向转运，从而决定囊泡命运。

由于现阶段技术方面的限制，植物中磷脂-囊泡-细胞骨架协同介导的定向转运机制尚不清楚，主要的原因在于：1) 由于磷脂分子及其衍生物无法进行遗传编码，因此在活体条件下精确监测磷脂分子的时空动态变化、磷脂分子与其他蛋白互作的动态行为、调控膜和细胞骨架重排的动态过程非常困难; 2) 在时空分辨率、成像速度和成像深度的限制下，植物成像技术在纳米纳秒级检测定向囊泡转运事件仍然是一个巨大的挑战。

三维超高分辨成像技术 [Three‐dimensional (3D) live-cell super-resolution (SR) imaging microscopy] 提供了一种全新的方法，能够在超高时空分辨率下快速、深度、有针对性地进入植物样品，对体内动态生物过程进行三维空间可视化的检测。首先，基于磷脂生物传感器 (Lipid biosensors) 标记植物磷脂，提供了非损伤和原位的标记技术用以检测磷脂在植物活细胞中的时空动态变化。另外，结合3D single-molecule co-tracking技术追踪磷脂分子、囊泡标记蛋白和细胞骨架标记蛋白，实时检测近膜区磷脂介导的囊泡定向转运事件。此外，进一步引入 3D single particle tracking 技术精确估算运动轨迹、囊泡和磷脂在三维空间的时空共定位以及与细胞骨架的空间距离，为磷脂引导囊泡沿着细胞骨架的定向转运过程提供高精度的成像和三维的轨迹分析。

该论文详细阐述了三维超高分辨成像技术的基本原理和实验流程，并提出了该技术在追踪磷脂介导囊泡定向转运事件的具体方法，为进一步拓展三维超高分辨成像技术在植物中的应用提供了新思路。

我校特聘教授邢晶晶博士为该论文的第一作者兼共同通讯作者。河南大学省部共建作物逆境适应与改良国家重点实验室为第一完成单位。河南大学 段志坤 博士为该论文的共同第一作者，北京林业大学 林金星 教授为该论文的共同通讯作者。该论文得到了国家自然科学基金、中国科协“青年人才托举工程”和河南大学等项目的资助。

论文链接：https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1360138520303964