利用原子力显微成像技术和荧光成像技术在单分子水平研究细胞膜信号转导过程

本项目开展是以本小组在红细胞膜结构研究的重大进展为基础，进一步利用两种单分子手段（分子识别显微成像技术和单分子荧光技术）研究细胞膜信号转导机理。本研究选用经典的表皮生长因子信号转导路径为对象，利用分子识别显微成像技术精确定位表皮生长因子受体在细胞内外膜的分布，利用单分子荧光技术研究表皮生长因子受体在激活前后的分子位置关系和细胞内信号分子的运动路径。预期本研究将从分子水平揭示信号转导的真实过程和机理，为治疗信号转导有关的疾病打下基础。

信号转导是以细胞膜结构为基础的。利用AFM和荧光成像技术，在单分子水平研究了细胞膜的结构和动态过程。主要工作进展如下：1）在前期工作的基础上，高分辨成像了多种细胞膜结构，如MDCK、CHO、A549、A431等有核细胞，验证了细胞膜的非对称性；2）利用AFM成像了多种细胞器膜结构（如高尔基体、线粒体膜等），证明了膜非对称结构的普遍存在性；3）利用AFM现场观察到脂筏的不规则形态，一些功能蛋白与脂筏结合在一起，揭示细胞膜的功能是以蛋白聚集体为单位完成的；4）利用单分子识别成像技术，高分辨定位了信号转导受体（EGFR），发现受体在细胞膜表面的成簇分布特性，并利用超分辨荧光显微镜证实了这一结论；5）利用单分子力谱技术测量了糖基与识别对之间的作用力，成像了糖基在细胞表面的分布，并发现癌细胞与正常细胞表面的糖基分布和识别力的差别；6）利用单颗粒示踪荧光技术动态观察物质跨膜运动，解释病毒和纳米颗粒的共同跨膜机制（小窝蛋白介导）；7）利用超分辨荧光显微镜精确定位跨膜蛋白的分布，确定蛋白聚集体与脂筏相关；8）利用单分子力谱精确测量小分子间螯合作用力。. 课题期间发表相关论文15篇，包括Nature Communications、Small、Chemical Communications、Nanoscale等核心期刊。其中两篇被选为Small杂志封面，Chemical Communications和Nanoscale杂志封底各一篇。