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HaloFlippers: A General Tool for the Fluorescence Imaging of Precisely Localized Membrane Tension Changes in Living Cells.
ACS Central Science ( IF 18.2 ) Pub Date : 2020-07-20 , DOI: 10.1021/acscentsci.0c00666 Karolína Straková 1 , Javier López-Andarias 1 , Noemi Jiménez-Rojo 1 , Joseph E Chambers 2 , Stefan J Marciniak 2 , Howard Riezman 1 , Naomi Sakai 1 , Stefan Matile 1
ACS Central Science ( IF 18.2 ) Pub Date : 2020-07-20 , DOI: 10.1021/acscentsci.0c00666 Karolína Straková 1 , Javier López-Andarias 1 , Noemi Jiménez-Rojo 1 , Joseph E Chambers 2 , Stefan J Marciniak 2 , Howard Riezman 1 , Naomi Sakai 1 , Stefan Matile 1
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Tools to image membrane tension in response to mechanical stimuli are badly needed in mechanobiology. We have recently introduced mechanosensitive flipper probes to report quantitatively global membrane tension changes in fluorescence lifetime imaging microscopy (FLIM) images of living cells. However, to address specific questions on physical forces in biology, the probes need to be localized precisely in the membrane of interest (MOI). Herein we present a general strategy to image the tension of the MOI by tagging our newly introduced HaloFlippers to self-labeling HaloTags fused to proteins in this membrane. The critical challenge in the construction of operational HaloFlippers is the tether linking the flipper and the HaloTag: It must be neither too taut nor too loose, be hydrophilic but lipophilic enough to passively diffuse across membranes to reach the HaloTags, and allow partitioning of flippers into the MOI after the reaction. HaloFlippers with the best tether show localized and selective fluorescence after reacting with HaloTags that are close enough to the MOI but remain nonemissive if the MOI cannot be reached. Their fluorescence lifetime in FLIM images varies depending on the nature of the MOI and responds to myriocin-mediated sphingomyelin depletion as well as to osmotic stress. The response to changes in such precisely localized membrane tension follows the validated principles, thus confirming intact mechanosensitivity. Examples covered include HaloTags in the Golgi apparatus, peroxisomes, endolysosomes, and the ER, all thus becoming accessible to the selective fluorescence imaging of membrane tension.
中文翻译:
HaloFlippers:一种用于对活细胞中精确定位的膜张力变化进行荧光成像的通用工具。
机械生物学迫切需要对响应机械刺激的膜张力进行成像的工具。我们最近推出了机械敏感鳍状肢探针,用于定量报告活细胞荧光寿命成像显微镜 (FLIM) 图像中的全局膜张力变化。然而,为了解决生物学中物理力的具体问题,探针需要精确定位在感兴趣的膜 (MOI) 中。在这里,我们提出了一种通过将我们新引入的 HaloFlippers 标记为与该膜中的蛋白质融合的自标记 HaloTags 来成像 MOI 张力的一般策略。建造可操作的 HaloFlippers 的关键挑战是连接脚蹼和 HaloTag 的系绳:它既不能太紧也不能太松,亲水性但亲脂性足以被动地扩散穿过膜到达 HaloTags,并允许在反应后将鳍状肢分配到 MOI 中。具有最佳系绳的 HaloFlippers 在与足够接近 MOI 但如果无法达到 MOI 时保持不发射的 HaloTag 反应后显示局部和选择性荧光。它们在 FLIM 图像中的荧光寿命因 MOI 的性质而异,并响应多球菌素介导的鞘磷脂耗竭以及渗透压。对这种精确定位的膜张力变化的反应遵循经过验证的原则,从而确认了完整的机械敏感性。涵盖的示例包括高尔基体中的 HaloTags、过氧化物酶体、内溶酶体和 ER,
更新日期:2020-08-26
中文翻译:
HaloFlippers:一种用于对活细胞中精确定位的膜张力变化进行荧光成像的通用工具。
机械生物学迫切需要对响应机械刺激的膜张力进行成像的工具。我们最近推出了机械敏感鳍状肢探针,用于定量报告活细胞荧光寿命成像显微镜 (FLIM) 图像中的全局膜张力变化。然而,为了解决生物学中物理力的具体问题,探针需要精确定位在感兴趣的膜 (MOI) 中。在这里,我们提出了一种通过将我们新引入的 HaloFlippers 标记为与该膜中的蛋白质融合的自标记 HaloTags 来成像 MOI 张力的一般策略。建造可操作的 HaloFlippers 的关键挑战是连接脚蹼和 HaloTag 的系绳:它既不能太紧也不能太松,亲水性但亲脂性足以被动地扩散穿过膜到达 HaloTags,并允许在反应后将鳍状肢分配到 MOI 中。具有最佳系绳的 HaloFlippers 在与足够接近 MOI 但如果无法达到 MOI 时保持不发射的 HaloTag 反应后显示局部和选择性荧光。它们在 FLIM 图像中的荧光寿命因 MOI 的性质而异,并响应多球菌素介导的鞘磷脂耗竭以及渗透压。对这种精确定位的膜张力变化的反应遵循经过验证的原则,从而确认了完整的机械敏感性。涵盖的示例包括高尔基体中的 HaloTags、过氧化物酶体、内溶酶体和 ER,