超高分辨率显微镜,用来观察在有丝分裂退出时的微管和核纤层蛋白形成

根据最近Giulia Guarguaglini在意大利研究委员会分子生物和病理学学会(IBPM-CNR 罗马)实验室进行的研究显示,微管相关蛋白质TPX2,是有丝分裂中纺锤体的结合与作用的关键调节物,在有丝分裂间过渡期细胞骨架微管 (MT)重整和细胞核再组中起到意想不到的作用。

TPX2的过度表现效果在非转移细胞hTERT RPE-1细胞里检测过,研究人员发现,多余的TPX2造成有丝分裂中纺锤体的结合缺陷,以及有丝分裂中期发展的延迟。此外,用TPX2全长效果和截断形式且无法联结Aurora-A比较。Aurora-A是一种通过与TPX2互动后的有丝分裂激酶,处于适当激活稳定状态。他们发现这些缺陷比TPX2全长过度表达要严重,指出能否和Aurora-A互动是关键。

此外,当内生的TPX2在生理层面被蛋白酶体降解时,他们发现多余的TPX2会在有丝分裂末期和Aurora-A互动时产生一种特殊的独立表现型。在有丝分裂末期的最后出现不正常的细胞内桥梁:微管偏离常轨干扰细胞骨架去组装,也干扰有丝分裂退出时细胞核的适当重组,这会使子细胞形成面包圈形核并且阻止核纤层蛋白B1网的持续组装。在TPX2的过度表达末期(A)和之后的间期细胞(B,图C)中,在超高分辨率的图像上可以看出受损严重的B1层状结构,有较大孔洞,与微管互连。

总之,通过这些观察结果,可以把TPX2的过度表达与核膜完整性丧失联系起来,同时显示在后末期控制TPX2水平对于调节微管和核膜重组以及染色体和细胞器重组的重要性,从而促进从有丝分裂正确过渡到G1期(欲知更多详细信息,请参见Naso等其他人,2020)。

图A.在有丝分裂结束时,TPX2的过度表达会干扰核纤层蛋白B1的合成。 末期细胞带着面包圈形的重组核,微管从中间孔洞穿过:核纤层蛋白B1染色显示为绿色,α-微管蛋白显示为红色。 三维图形渲染显示在底部。 比例尺5 微米,图像通过VCS仪器采集。

值得注意的是,在肿瘤中会出现TPX2的高表达,通常在如Aurora-A激酶的有丝分裂基因内。这项研究指出,TPX2的过度表达本身并不会引起明显的染色体分离错误,进而导致出现癌症标志即子细胞在遗传上的不均等。通过观察可推测, TPX2可能通过损害纺锤体的正确组装和去组装而加剧有丝分裂错误, 只会保持肿瘤细胞的染色体不稳定性而不会起到诱发作用。此外,结果表明通过有缺陷的核组织和核纤层蛋白网状重构,TPX2的过度表达会诱发非经典基因组的不稳定。

图B. TPX2过度表达细胞在面包圈形的核中显示出有缺陷的核纤层蛋白B1边缘。 在超高分辨率图像上可以看到绿色的有缺陷的核纤层蛋白B1,红色的α-微管蛋白和黄色的γ-微管蛋白(均在右图中合并显示)。 比例尺5 微米, 图像通过VCS仪器采集。

C.未被封的核纤层三维渲染视图和体积大小。

共有两个示例,面包圈形核纤层蛋白B1为绿色,a-微管蛋白为红色:左图为超清图像体积图;中间是三维渲染视图,意在突出穿过核纤层中间孔洞的微管。 右图为与核纤层边缘特定部分的放大图。比例尺5 微米, 图像通过VCS仪器采集。

方法

如图所示,在盖玻片上培养人永生化视网膜上皮细胞hTERT RPE-1 并通过免疫荧光染色对α-微管蛋白,γ-微管蛋白和核纤层蛋白B1进行染色。 用DNA荧光染料DAPI对细胞进行复染,并使用Invitrogen公司的ProLong抗淬灭封片剂固定。

通过装有X-Light V2转盘的尼康Eclipse Ti倒置显微镜与VCS超高分辨率模块装置获取图像,基于结构光照明和100倍物镜( PlanApo Lambda系列,油浸系, 数值孔径1.45),切片在Z轴上,步长0.1 微米。

为了实现超高分辨率,使用修改版的Richardson-Lucy(jRL)联合算法[33-35]处理了从VCS模块获得的原始数据。其中将模糊信号明确添加到成像模型中并评估为原始信号的像素级线性“比例减法”。 使用尼康NIS-Elements AR 5.20软件和牛津仪器的Imaris 8.1.12软件对获取的超高分辨率的VCS图像进行3D重建处理。

参考文献

过量的TPX2会干扰有丝分裂退出的微管去组装和核层重建(文件名只供参考)

Naso, FD., Sterbini, V., Crecca, E., Asteriti, IA., Russo, AD., Giubettini, M., Cundari, E., Lindon, C., Rosa, A., Guarguaglini, G. (2020).

Cells, 9(2). pii: E374. doi: 10.3390/cells9020374.

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