量子點(diǎn)示蹤技術(shù)揭示神經(jīng)生長因子受體的動(dòng)力學(xué)特性

在神經(jīng)系統(tǒng)調(diào)控過程中，特異性配體與神經(jīng)細(xì)胞膜表面受體結(jié)合，進(jìn)而激活細(xì)胞漿內(nèi)下游信號(hào)傳導(dǎo)。該過程對(duì)于維持正常的神經(jīng)系統(tǒng)功能具有重要意義，在很多神經(jīng)系統(tǒng)功能紊亂性疾�。ㄈ缋夏臧V呆）以及心理疾�。ㄈ缫钟舭Y）中出現(xiàn)異常。美國俄勒岡衛(wèi)生科技大學(xué)Tania Q. Vu課題組，利用量子點(diǎn)（Quantum dots, QDs）示蹤技術(shù)，實(shí)時(shí)觀察了腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（Brain-derived neurotrophic factor, BDNF）與神經(jīng)元上的TrkB受體結(jié)合并內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞漿的轉(zhuǎn)運(yùn)過程。

Anke Vermehren-Schmaedick等將BDNF進(jìn)行生物素化，進(jìn)而與鏈霉親合素偶聯(lián)的量子點(diǎn)孵育，從而獲得量子點(diǎn)標(biāo)記物QD-BDNF。通過體外ELISA實(shí)驗(yàn)，明確BDNF與量子點(diǎn)的偶聯(lián)沒有影響其與TrkB受體的結(jié)合及活化。在神經(jīng)元細(xì)胞活體成像觀察中，QD-BDNF與TrkB特異性結(jié)合，并誘發(fā)TrkB介導(dǎo)的信號(hào)傳導(dǎo)；而且，QD-BDNF復(fù)合體可經(jīng)歷長時(shí)間的成像觀察，成像效果優(yōu)于Alexa-BDNF，并且在連續(xù)激發(fā)條件下沒有對(duì)細(xì)胞形態(tài)造成不良影響（圖1）。上述研究者利用量子點(diǎn)單分子成像技術(shù)，直接觀察到BDNF-TrkB復(fù)合體內(nèi)吞進(jìn)入細(xì)胞漿以及重新回到細(xì)胞膜的再循環(huán)過程（圖2），從而證實(shí)了相關(guān)動(dòng)力學(xué)的推測(cè)。

圖1 量子點(diǎn)標(biāo)記的腦源性神經(jīng)營養(yǎng)因子（QD-BDNF）與神經(jīng)元上的TrkB受體結(jié)合并顯示良好的光物理特性。

(A) 與傳統(tǒng)熒光染料標(biāo)記物（Alexa-BDNF, 25nM）比較，量子點(diǎn)標(biāo)記物（QD-BDNF, 200pM）顯示更高的靈敏度；

(B) 一個(gè)神經(jīng)元細(xì)胞中兩個(gè)QD-BDNF的閃爍分析；

(C) 對(duì)于QD-BDNF的高分辨率空間檢測(cè)，可精確顯示細(xì)胞膜或細(xì)胞漿定位；

(D) 對(duì)熒光強(qiáng)度的分析顯示，量子點(diǎn)顯示良好的熒光穩(wěn)定性，并且在連續(xù)激發(fā)條件下沒有對(duì)細(xì)胞形態(tài)造成不良影響。

圖2 QD-BDNF在神經(jīng)元胞體的內(nèi)吞及回收。

左圖：QD-BDNF在細(xì)胞膜上與受體結(jié)合后內(nèi)吞，向細(xì)胞漿移動(dòng)；右圖：QD-BDNF從細(xì)胞漿向細(xì)胞膜移動(dòng)，重新回到細(xì)胞膜。

文獻(xiàn)來源：

Vermehren-Schmaedick A, Krueger W, Jacob T, Ramunno-Johnson D, Balkowiec A, Lidke KA, Vu TQ. Heterogeneous intracellular trafficking dynamics of brain-derived neurotrophic factor complexes in the neuronal soma revealed by single quantum dot tracking. PLoS One. 2014;9(4):e95113.