重要成果 I 鞠熀先研究组提出用于细胞膜修复过程动态追踪的表面增强拉曼成像方法

重要成果 I 鞠熀先研究组提出用于细胞膜修复过程动态追踪的表面增强拉曼成像方法

生物膜孔广泛存在于细胞表面,与免疫系统、炎症或其他相关疾病中细胞的死亡息息相关。膜孔可由NK细胞或T细胞分泌的内毒素-穿孔素聚集产生,也可由外毒素,如胆固醇依赖的细胞溶素(CDC)家族中的细菌外毒素-链球菌溶血素(SLO)连至细胞膜后聚集形成。膜孔的形成机制已被很好研究,但是细胞膜上膜孔修复过程的监测以及修复机制的研究由于相关技术的匮乏而很难被实现。

目前,膜孔的可视化主要通过在固定后的死细胞或者人造磷脂双分子层上借助电子显微镜和原子力显微镜实现。此外,一些荧光的方法基于指示流经膜孔的Ca2+或者荧光标记穿孔单体来监测膜孔修复,由于荧光信号读出与实际修复过程同步性的丢失或者方法灵敏度的限制,不能被用于真实指示活细胞上膜孔的修复过程以及修复机制的研究。因此,在该领域迫切需要发展一种灵敏的测试方法,用于活细胞上动态追踪膜孔的修复过程,继而研究相应的修复机制。

表面增强拉曼光谱(SERS)成像技术由于其高的灵敏性而被广泛应用于复杂生物过程的研究。鉴于此,鞠熀先教授研究团队基于金纳米粒子(AuNPs)的聚集产生的表面增强拉曼作用,设计了由修饰后的成孔蛋白-SLO在细胞膜上聚集,诱导AuNPs在膜孔上的聚集而产生的表面增强拉曼信号方法。通过细胞修复作用的启动,瓦解膜孔的同时破坏聚集的AuNPs间的SERS作用,使得细胞膜孔上的拉曼信号降低,从而完成活细胞表面动态修复过程的拉曼成像监测,并推导出细胞修复过程由成孔蛋白的内吞和外排共同调控,首次实现完整修复过程的追踪和修复机制的探索,为后续与细胞膜孔修复相关疾病的治疗提供重要理论基础。

上述相关成果已以“A pore-forming protein-induced surface-enhanced Raman spectroscopic strategy for dynamic tracing of cell membrane repair”为题于8月21日在iScience(DOI: 10.1016/j.isci.2021.102980)在线发表。博士生杨媛娇和副教授陈云龙为该工作的共同第一作者,鞠熀先教授为通讯作者。

图1. 成孔蛋白诱导的SERS策略用于动态监测细胞膜修复原理图