深圳湾实验室侯尚国团队发表利用光学显微镜研究液-液相分离的方法综述

细胞内液-液相分离(Liquid–liquid phase separation，LLPS)是生物分子动态结合和无膜细胞器(Membraneless organelles，MLOs)形成的关键过程，在调节生物分子相互作用和细胞器功能方面起着至关重要的作用。在分子水平上对细胞LLPS机制的全面理解是至关重要的，LLPS已被证明与多种疾病的发病机制密切相关，包括神经退行性疾病，如肌萎缩性侧索硬化症(ALS)【1】、额颞叶痴呆(FTD) 【2】、阿尔茨海默病(AD) 【3】、和帕金森病(PD) 【4】，它还与实体肿瘤相关，包括乳腺癌【5】、结肠癌(CC)【6】等。

2023年5月，深圳湾实验室侯尚国团队和合作团队在APL Bioengineering 上发表题为“Study liquid–liquid phase separation with opticalmicroscopy: A methodology review”的综述文章介绍了用于LLPS研究的光学成像方法。综述首先简要介绍了LLPS的分子机制，然后回顾了LLPS研究中使用的光学成像方法和荧光探针。而且，该综述总结了各种光学成像方法在研究LLPS中的优缺点。最后，讨论了适用于LLPS研究的潜在未来成像工具和方法。

总的来说，该综述在为LLPS研究选择合适的光学成像方法提供参考，LLPS研究的成像方法的选择取决于各种因素，可能有必要使用多种技术来全面了解LLPS。LLPS的深入研究有助于我们更好地理解生物分子的相互作用和无膜细胞器的功能，并有望为相关疾病的治疗和预防提供新的思路和策略。

参与LLPS的蛋白质经历单分散状态和液滴状态之间的转变，受各种环境因素的影响，如盐、温度、CO2/O2水平、光照、拥挤剂、pH和ATP等(图1)。小的相分离液滴通过融合或奥斯特瓦尔德熟化形成大的液滴【7】。随着液滴的老化，它们转变成凝胶状结构或Maxwell glasses【8】。LLPS的主要驱动力包括静电和疏水相互作用，如cation–anion、cation–p、 p–p、 dipole–dipole、helix–helix、coiled-coil、 steric zipper和oligomerization。

LLPS诱导条件（图源自Applied Physics Letters Bioengineering ）

光学显微镜作为观察LLPS的主要技术，在LLPS中发挥着不可或缺的作用。目前通过微分干涉对比显微镜（DIC）、宽视场荧光显微镜（Wide-field）、共聚焦显微镜（Confocal）、全内反射荧光显微镜（TIRF）、超分辨率显微镜（SMLM和SIM）、荧光相关光谱（FCS）、荧光漂白恢复（FREP）和Capflex在体内外观察或表征相分离。从观察效率、分辨率、灵敏度、成像速度、光毒性和光漂白效应等方面总结了各种光学成像方法在研究LLPS中的优缺点。通过对这些方法的评估，可以为研究人员选择合适的光学成像方法提供参考。

LLPS研究中光学成像方法的比较（图源自Applied Physics Letters Bioengineering ）

未来，具有高时空精度、高灵敏度和大成像视野等优点的三维单分子跟踪技术将在LLPS研究中发挥越来越重要的作用【9-15】。另一方便，光片显微镜具备高成像速度和低光剂量等优点【16-18】，使其可能长期观察LLPS，通过连续观察样品，在不同时间点上获取图像数据，可以揭示LLPS动力学的变化和演化过程。此外，随着机器学习在图像数据处理领域的快速发展，它也在LLPS研究中扮演着越来越重要的角色【19，20】。助机器学习的方法，可以从大量的图像数据中提取有关LLPS的成分信息，帮助我们更好地理解LLPS的形成机制和相互作用过程。综合而言，未来的LLPS研究将借助三维单分子跟踪技术、光片显微镜和机器学习等方法的发展而得到进一步推动。这些新技术的应用将加深我们对LLPS的认识，促进对相关疾病发病机制的理解，并为治疗和预防提供新的策略和方法。

侯尚国课题组致力于高时空分辨三维光学成像方向研究，为新兴前沿研究领域；研究方向为开发超高时空分辨三维成像技术并将其应用于相关动态生物系统研究。因课题组科研工作需要，招收光学、生物学、化学等相关背景的博士后（2名）、研究助理（3名）。欢迎优秀青年加盟，在这里你可以获得玩乐高积木和专业摄影的快乐，满足你探究细胞运行的奥秘的好奇心。

课题组主页：http://houlab.szbl.ac.cn/

转自：“iNature”微信公众号

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