Kuchli spektrli mikroskopiya - Force spectrum microscopy

Kuchli spektrli mikroskopiya (FSM) bu faol dastur mikroreologiya dagi jami tasodifiy kuchlarni o'lchash uchun ishlab chiqilgan sitoplazma.[1] Katta, inert oqim izlari tirik hujayralarga AOK qilinadi va ichkariga joylashadi sitoskeletal mash, bu erda u faol motorli oqsillarning zarbalari bilan tebranadi. Ushbu tasodifiy kuchlarning kattaligi izlovchi zarralarning tebranish chastotasidan kelib chiqishi mumkin. Optik mikroskop yordamida izlovchi zarralarning tebranishlarini kuzatib borish faol tasodifiy kuchlarning hujayra ichidagi molekulyar transportga qo'shgan hissasini Braun harakati.

Asosiy tamoyillar

FSM tomonidan ishlab chiqilgan Ming Guo va Devid A. Vayts vosita oqsillari tomonidan hosil qilingan stoxastik hujayra ichidagi kuchlarni tekshirish.[1] Suyuq bo'shliqdan uzoqda bo'lgan sitoplazmada murakkab mash mavjud aktin va miyozin hujayraga tizimli yordam berish, shuningdek, yashirish pufakchalar va boshqa organoidlar orasida mitoxondriya.[2] Bo'yicha so'nggi tadqiqotlar makromolekulyar olomon sitoplazma ichida katta molekulalarning diffuzivaga o'xshash harakati noto'g'ri ravishda Braun kuchlariga taalluqli bo'ladimi degan xavotir tug'diradi.[3] Buning o'rniga, shubhalar mavjud miyozin katta molekulalar bilan singdirilgan aktin filamentlarini tasodifiy ravishda tortib oladigan vosita oqsillari hujayralar ichidagi molekulalarning diffuzion harakatini keltirib chiqaradi.[3][4] Guo va boshq. hujayralar ichidagi zarrachalar harakatining termal diffuziya yoki mushak bo'lmagan miyozin II kabi faol vosita oqsillari ta'siridan uyali sitoskeletni silkitib turishini farqlash uchun tahlil ishlab chiqdi.

FSM AOK qilingan qoplamali tracer zarrachalariga ishonadi polietilen glikol (PEG) sitoskeletal mash o'lchamidan kattaroq (> 50 nm),[5] aktin filamentlari va miyozin motorli oqsillarining internet tarmog'i o'rtasida joylashish. Miyozin dvigatel oqsillari uyali ishlarni bajarish uchun aktin iplarini tortib olayotganda, bu aktin tebranishlari har doim qo'shni PEGillangan zarralarni tebranadi. Tracer dalgalanma kattaligi agregat faol motor kuchlari kattaligiga mutanosibdir. Shunday qilib, FSM trasser tebranishlarining siljishini qayd qilib, faol motor oqsillari ta'sir etadigan kuchlar hajmini o'lchashi va chiqarishi mumkin.[1]

Kuchni o'lchash

PEGillangan trasserlarning miozin dvigatel kuchlarini birlashtirgan tebranishlarini Hookean bahor,

qaerda kuch tebranish siljishini hosil qilish uchun qo'llaniladi samarali bahor konstantasiga mutanosib hujayra ichidagi muhit. Tebranish paytida siljish vaqtning fazoviy funktsiyasi bo'lib, uni optik mikroskop yordamida to'g'ridan-to'g'ri o'lchash mumkin.[1] A Furye konvertatsiyasi keyin vaqtinchalik domendagi ma'lumotlarni chastota funktsiyasi sifatida foydali o'lchovni olish uchun chastota domeniga xaritalaydi,

qayerda , va o'rtacha kuchning kvadratik shakllari, elastiklik stokastik kuchlarni hisobga olish uchun ishlatiladigan joy almashinuvi.[1] Vaqt o'rtacha O'rtacha kvadratik siljish, Fourier Transform orqali chastota domenidan vaqtinchalik domenga qaytarib olish mumkin. Tebranish chastotasi kontekstida kuch chastotasi spektri qancha yuqori bo'lsa, hujayraning metabolik faolligi shunchalik katta bo'ladi.[6]Mustaqil mikromekanik o'lchovlar sitoplazmaning elastikligini hisoblashi mumkin. Yordamida optik cımbız izlovchi zarrachaga belgilangan kuchni qo'llash uchun FSM elastik bahor konstantasini baholash uchun hosil bo'lgan siljishni o'lchashi mumkin.[7][8]

Ilovalar

Sitoplazmatik suyuqlik

Optik pinset yordamida tracer zarrachalarining yo'naltirilgan tebranishi siljish natijasida tatbiq etiladigan kuch bilan deyarli sinxronlashtirilib, sitoplazmaning moddiy jihatdan elastik jismga yaqinligini ko'rsatdi.[1] Bu sitoplazma viskoelastik suyuqlik bo'lib, unda katta molekulalar erkin tarqalishi mumkinligi haqidagi oldingi farazdan keskin farq qiladi.[9] Yilda ATP -depleted hujayralar, bu erda mushak bo'lmagan miyozin II inaktiv qilinadi, FSM tajribalari shuni ko'rsatadiki, iz qoldiruvchi zarralar sitoplazma qotib qolganday tebranishni to'xtatadi.[1] Miyozin IIlar ATP gidrolizi orqali aktin filamentlarini bog'laydigan va tortadigan vosita oqsillari.[10] Bu yana ozuqa moddalari och bo'lganligi haqidagi ma'lumotni tasdiqlaydi bakteriyalar, sitoplazma shishasimon moddaga o'tadi.[11] Shunday qilib, vosita oqsillari bilan ATP-gidrolizi sitoplazmatik akışkanlığı ta'minlash uchun juda muhim bo'lib ko'rinadi, bu esa vesikula tashish va sitoskeletonning diffuzion harakati uchun juda muhimdir.[1]

Xatarli saraton kasalligining differentsial diagnostikasi

Hujayra ichidagi faoliyatning umumiy holatini o'lchash orqali FSM aniqlash uchun qo'llanilishi mumkin zararli xarakterli ravishda elastikroq bo'lgan saraton hujayralari[12] va ko'proq harakatchan. Xatarli bo'lgan FSM o'lchovlari MCF-7 ko'krak bezi saratoni hujayralari va benign MCF-10A ko'krak bezi saratoni hujayralari FSMni tahlil qilishiga imkon beradigan kuch spektrida statistik jihatdan muhim ajralishni aniqladi metastatik saraton.[1] Hujayradan tashqari muhitning o'lchovliligi saraton hujayralarining FSM o'lchovlariga katta ta'sir ko'rsatadi. 3D matritsada MDA-MB-231 metastatik ko'krak bezi saratoni hujayralari 2D plastinkalarda o'stirilgan hamkasblariga qaraganda ancha qattiq sitoplazmasiga ega edi.[13]

Adabiyotlar

  1. ^ a b v d e f g h men Guo, Ming; Ehrlicher, Alen J.; Jensen, Mikkel H.; Rents, Malt; Mur, Jefri R.; Goldman, Robert D.; Lippincott-Shvarts, Jennifer; Makintosh, Frederik S.; Vayts, Devid A. (2014 yil 14-avgust). "Kuchli spektrli mikroskop yordamida sitoplazmaning stoxastik, dvigatel haydovchi xususiyatlarini tekshirish". Hujayra. 158: 822–832. doi:10.1016 / j.cell.2014.06.051. PMC  4183065. PMID  25126787.
  2. ^ Brangvin, KP; Koenderink, G.H .; Makintosh, FK .; Vayts, D.A. (2007). "Sitoplazmatik diffuziya: molekulyar motorlar uni aralashtirib yuboradi" (PDF). Hujayra biologiyasi jurnali. 183: 583–587. doi:10.1083 / jcb.200806149.
  3. ^ a b MacKintosh, F.C. (2012). "Faol diffuziya: xromosoma lakalarining tartibsiz raqsi". Milliy fanlar akademiyasi, AQSh. 109: 7138–7139. Bibcode:2012PNAS..109.7138M. doi:10.1073 / pnas.1204794109. PMC  3358833. PMID  22562796.
  4. ^ MakKintosh, F.C.; Levin, A.J. (2010). "Muvozanat mexanikasi va motorli gellarning dinamikasi". Jismoniy tekshiruv xatlari. 100: 018104. arXiv:0704.3794. Bibcode:2008PhRvL.100a8104M. doi:10.1103 / physrevlett.100.018104. PMID  18232824.
  5. ^ Luby-Felps, K. (2000). "Sito-arxitektura va sitoplazmaning fizik xususiyatlari: hajmi, yopishqoqligi, diffuziyasi, hujayra ichidagi yuzasi". Xalqaro sitologiya sharhi. 192: 189–221.
  6. ^ Murão, MA; Hakim, JB; Schnell, S (2014). "Nuqtalarni bog'lash: makromolekulyar zichlikning hujayralar fiziologiyasiga ta'siri". Biofizika jurnali. 107: 2761–2766. Bibcode:2014BpJ ... 107.2761M. doi:10.1016 / j.bpj.2014.10.051. PMC  4269789. PMID  25517143.
  7. ^ Tassieri, M; Evans, RML; Uorren, R; Beyli, NJ; Kuper, JM (2012). "Optik pinset bilan mikrorheologiya: ma'lumotlarni tahlil qilish" (PDF). Yangi fizika jurnali. 14: 115032. Bibcode:2012NJPh ... 14k5032T. doi:10.1088/1367-2630/14/11/115032.
  8. ^ Baush, AR; MyullerMoller, Vt; Sackmann, E (1999). "Mahalliy viskoelastiklik va tirik hujayralardagi kuchlarni magnit pinset yordamida o'lchash". Biofizika jurnali. 76: 573–579. Bibcode:1999BpJ .... 76..573B. doi:10.1016 / s0006-3495 (99) 77225-5. PMC  1302547. PMID  9876170.
  9. ^ Gigas, G; Kalla, C; Vayss, M (2007). "Sutemizuvchi hujayralar sitoplazmasida va nukleoplazmasida makromolekulyar siqilish darajasi saqlanib qolgan". FEBS xatlari. 581: 5094–5098. doi:10.1016 / j.febslet.2007.09.054. PMID  17923125.
  10. ^ Visente-Manzanares, M; Ma, X; Adelshteyn, RS; Horvits, AR (2009). "Muskul bo'lmagan miozin II hujayraning yopishishi va migratsiyasida markaziy o'rinni egallaydi". Molekulyar hujayra biologiyasi. 10: 778–790. doi:10.1038 / nrm2786. PMC  2834236. PMID  19851336.
  11. ^ Parri, BR; Surovtsev, IV; kabinet, MT; Kori, SO; Dufresne, ER; Jeykobs-Vagner, S (2013). "Bakterial sitoplazma shishaga o'xshash xususiyatlarga ega va metabolizm faolligi bilan suyuqlanadi". Hujayra. 156: 1–12. doi:10.1016 / j.cell.2013.11.028. PMC  3956598. PMID  24361104.
  12. ^ Plodinec, M; va boshq. (2013). "Ko'krak bezi saratonining nanomekanik imzosi". Biofizika jurnali. 104: 321. Bibcode:2013BpJ ... 104..321P. doi:10.1016 / j.bpj.2012.11.1779.
  13. ^ Mak, M; Kamm, RD; Zaman, MH (2014). "O'lchovlilik va tarmoqning buzilishining 3D muhitda saraton hujayralari mikroreologiyasiga ta'siri". PLOS hisoblash biologiyasi. 10: e1003959. Bibcode:2014PLSCB..10E3959M. doi:10.1371 / journal.pcbi.1003959.