FBS-IDT揭示细胞内Tau纤维蛋白的二级结构

几种tau聚集物，如tau寡聚物和原纤维，已被广泛用于神经退行性疾病。但tau蛋白聚集体的形成机制和相关的疾病途径尚不清楚。

分析tau聚集需要高分辨率的化学成像工具，这些工具有可能在其原生环境中定义细胞内体积tau聚集物。

为此已经开发了许多方法，如冷冻电子显微镜(Cryo-EM)， x射线晶体学，圆二色光谱，核磁共振光谱和基于原子力显微镜的红外光谱成像。

这种方法在确定几种淀粉样蛋白方面取得了相当大的进展，例如tau蛋白聚集体。尽管如此，目前可用的解决方案仍然受到限制，因为它们无法提供体积特异位点光谱分析和细胞内蛋白质聚集体在其天然细胞状态下的三维成像。

因此，在其原生细胞环境中恢复细胞内蛋白质聚集体的三维化学数据被认为是一个主要障碍。

在《光科学与应用》杂志最近发表的一篇文章中，来自波士顿大学光子学中心的程吉欣博士、麻省理工学院Picower学习与记忆研究所的赵健博士(波士顿大学Cheng实验室前成员)、波士顿大学医学院的Benjamin Wolozin博士、波士顿大学电气与计算机工程系的田磊博士、和他们的合作者提出了一种称为荧光引导键选择强度衍射断层扫描(FBS-IDT)的计算荧光引导中红外(mid-IR)光热显微镜。

FBS-IDT结合单光子二维荧光成像成泵浦探针脉冲MIP强度衍射层析成像。这种突破性的方法能够对细胞液内的细胞内tau原纤维进行分子特异性3D化学成像和位点特异性中红外光谱分析。

特别是，FBS-IDT允许从细胞液内的背景蛋白质信号中有效提取有关特定蛋白质聚集体的化学信息。FBS-IDT的3D光谱成像具有高分辨率(~350 nm横向，~1.1 μ m轴向)和高速度(~0.05 Hz，高达~6 Hz)的潜力。

利用这种高光谱3D化学成像能力，FBS-IDT说明了脂质积累与tau原纤维之间可能的相关性。值得注意的是，该方法具有提取深度分辨中红外指纹光谱和设想三维空间中细胞内tau原纤维蛋白质二级结构的潜力。

研究人员强调了FBS-IDT方法的重要性和益处:

科学家们表示:“FBS-IDT克服了流体环境中细胞内淀粉样蛋白聚集体及其蛋白质二级结构的3D化学成像相关的挑战。这一成就是通过一个无扫描和模块化的设计，利用低成本的明场显微镜与附加光源实现的。

研究人员继续说:“FBS-IDT系统的成本至少比最先进的电子显微镜方法(如Cryo-EM)低30倍，而且它的运营费用可以忽略不计。这种具有成本效益的桌面系统适用于大多数实验室环境的常规使用。”

“我们的技术对生物样品没有额外的限制，从而为细胞内蛋白质聚集体的体内成像开辟了一条新的途径。此外，我们的方法建立在模块化设计的基础上，可以很容易地适应不同的成像要求。我们坚信我们的FBS-IDT方法可以为神经变性研究和各种生物医学应用提供新的贡献，”他们补充说。

期刊引用

赵洁，等。(2023)。使用荧光引导计算光热显微镜的细胞内tau原纤维的中红外化学成像。光:科学与应用。doi.org/10.1038/s41377 - 023 - 01191 - 6

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