新型荧光蛋白改造用于超高分辨显微成像研究

The development and application of super-resolution imaging technologies enable us to define the accurate localization of labeled protein in cells and has been hot issues in recent years in popular imaging field. However, fluorescent proteins (FPs) for the current developed diffraction-unlimited imaging methods are either limited or need to be optimized, which make it an important direction to evolve novel fluorescent proteins for super-resolution microscopy. Based on the demand and limit of currently used super-resolution microscopy, the project will develop novel fluorescent proteins with specific physical and chemical properties. We will develop stable reversible photo-activatable green FPs for dual-color PALM microscopy, stable reversible photo-activatable red FPs for dual-color RESOLFT microscopy, and super stable red FPs for Bessel beam plane illumination. The evolved FPs in this project will greatly increase the development of super-resolution microscopies and application of these technologies in protein trafficking, transcription, and translation process in cell biology.

超高分辨显微成像技术使我们可以在纳米尺度观察目标蛋白在细胞中的精确定位，是蛋白质研究和荧光成像领域国际前沿的研究热点和发展趋势。然而，现有可用的荧光蛋白颜色单一、性能不够优化，制约了超高分辨显微成像的进一步发展和广泛应用，使得荧光蛋白改造成为今后超高分辨显微成像发展的一个重要方向。本课题将结合当前超高分辨显微成像中的需求和瓶颈，发展具有特殊物理、化学和光学性质的荧光蛋白。具体包括在我们前期发展的可逆光激活荧光蛋白的基础上发展可用于双色PALM成像的单体超亮可逆光激活绿色荧光蛋白，可用于双色RESOLFT超高分辨成像的超稳可逆光激活红色荧光蛋白，以及可以用于双色Bessel光束平面照明活细胞成像的超稳红色荧光蛋白。本项目的实施将促进当前超高分辨显微成像技术的发展及其在细胞生物学、蛋白质定位和转运研究、蛋白质转录和翻译等诸多领域中的广泛应用。

超高分辨显微成像技术的出现，使我们可以在纳米尺度观察目标蛋白在细胞中的精确定位，是蛋白质研究和荧光成像领域国际前沿的研究热点和发展趋势。其中PALM、RESOLFT和贝塞尔光束平面照明超高分辨显微成像技术是目前荧光蛋白成像研究领域中最经典、适用和活细胞超高分辨成像的三个代表，然而，现有可用的荧光蛋白颜色单一、性能不够优化，制约了它们的进一步发展和广泛应用，使得荧光蛋白改造成为今后超高分辨显微成像发展的一个重要方向。. 本课题将结合我们在荧光蛋白改造方面已有的前期基础，针对这些超高分辨成像方法中的瓶颈和需求，进一步发展可用于这些超高分辨显微成像的新型荧光蛋白，实现在双色PALM、结构光照明等超高分辨显微成像技术上的突破。. 本项目为一年期项目，按照研究计划，本年度需要发展超亮单体可逆绿色荧光蛋白mGeos2，检测其光物理、化学性质，并将其与lifeact蛋白融合后用于PALM、结构光照明成像研究。本项目严格按照计划进度进行，很好地完成了研究任务。发展出了光化学性质优异的绿色可逆荧光蛋白，其在PALM成像尤其是非线性结构光照明超高分辨成像中表现优异，具有极高的时间和空间分辨率。在本项目的支持下，已经发表带项目资助号的SCI论文两篇，还有很多数据正在整理和投稿之中，有望发表在高影响力的国际期刊上。