توسعه نوع جدیدی از تصویربرداری از نحوه تقسیم سلولی

به گزارش روابط پایگاه اطلاع رسانی علوم آزمایشگاهی ایران، تقسیم سلولی، یا فرآیند چگونگی ظهور سلول های دختر از سلول مادر، برای زیست شناسی اساسی است. هر سلول همان پروتئین و بلوک های ساختمانی DNA را به ارث می برد که سلولی را که در ابتدا از آن ساخته شده است، تشکیل می دهند. با این حال، این که چگونه این بلوک های سازنده مولکولی خود را در سلول های جدید چیدمان می کنند، هنوز یک راز باقی مانده است.

مطالعه تقسیم سلولی مستلزم مشاهده همزمان ماکرومولکول های نانومتری مانند پروتئین ها و DNA تا جمعیت های میلی متری سلول ها و در یک بازه زمانی است که از ثانیه تا هفته متغیر است. میکروسکوپ های قبلی تنها در بازه های زمانی کوتاه، معمولاً فقط ده ها ثانیه، می توانستند اجسام کوچک را ثبت کنند. روشی وجود نداشته است که بتواند طیف وسیعی از مقیاس های اندازه و زمانی را به طور همزمان بررسی کند.

گروه بیوپلاسمونیک دانشگاه میشیگان، نوع جدیدی از تصویربرداری با وضوح فوق العاده را توسعه داده اند که ویژگی های ناشناخته قبلی از نحوه تقسیم سلول ها را نشان می دهد.

میکروسکوپ های نوری سنتی اجسام بسیار کوچکی را که در یک نمونه نزدیک به هم هستند، محو می کنند، زیرا نور هنگام حرکت در فضا پخش می شود. با وضوح فوق العاده، کاوشگرهای فلورسنت ( fluorescent probes ) متصل به نمونه می توانند مانند ستاره های چشمک زن خاموش و روشن شوند. با جمع آوری و ترکیب تصاویر بسیاری از این کاوشگرها، یک تصویر با وضوح فوق العاده می تواند اجسام بسیار کوچک را به نمایش بگذارد. تفکیک پذیری فوق العاده دنیای جدیدی را در زیست شناسی باز کرد و ساختارهایی به کوچکی 10 نانومتر را نشان داد که تقریباً به اندازه یک مولکول پروتئین است.

با این حال، کاوشگرهای فلورسنتی که این تکنیک به آنها متکی است می توانند به سرعت فرسوده شوند. این امر استفاده از آن را در مطالعه فرآیندهایی که در دوره های طولانی اتفاق می افتد، مانند تقسیم سلولی، محدود می کند.

این تیم تحقیقاتی راه حلی را توسعه داده اند که آن را نانوسکوپی PINE می نامیم. به جای جذب نور مانند پروب های فلورسنت سنتی، کاوشگرهایی که استفاده می کنیم نور را پراکنده می کنند تا با قرار گرفتن در معرض نور مکرر تجزیه نشوند.

برای شناسایی اجسام بسیار کوچکی که نزدیک به هم هستند، فیلترهایی ساخته شده از لایه های نازک پلیمرها و کریستال های مایع است که امکان تشخیص نور پراکنده را فراهم می کند که باعث روشن و خاموش شدن پروب ها می شود. این به ما امکان می دهد جزئیات سلول هایی را در مقیاس نانومتری ببینیم که در غیر این صورت توسط میکروسکوپ های سنتی محو می شوند.

به طور قابل توجهی، این تیم دریافتند که این جزئیات در مقیاس نانومتری را می توان برای دوره های بسیار طولانی - بیش از 250 ساعت مشاهده کرد. این جزئیات معمولاً در طول زمان با روش های ابررزولوشن سنتی ( traditional superresolution ) از بین می روند.

ما بر روی پروتئینی به نام اکتین تمرکز کردیم که به حفظ ساختار سلولی و بسیاری از عملکردهای دیگر کمک می کند. اکتین به شکل رشته های انشعابی است که هر کدام حدود 7 نانومتر (میلیونم میلی متر) قطر دارند که به هم متصل می شوند و هزاران نانومتر را در بر می گیرند. با استفاده از نانوسکوپی PINE، ما کاوشگرهای پراکنده را به اکتین وصل کردیم تا به صورت بصری سلول های انسانی را هنگام تقسیم دنبال کنند.

ما سه مشاهده در مورد نحوه سازماندهی بلوک های سازنده اکتین در طول تقسیم سلولی انجام دادیم. اول، این بلوک های ساختمانی مولکولی برای افزایش ارتباطات خود با همسایگان خود گسترش می یابند. دوم، آنها همچنین به همسایگان خود نزدیک می شوند تا نقاط تماس خود را افزایش دهند. و سوم، شبکه های حاصل زمانی که مولکول های اکتین بیشتر به یکدیگر متصل می شوند منقبض می شوند و زمانی که اتصال کمتری به یکدیگر دارند منبسط می شوند.

بر اساس این یافته ها، ما توانستیم اطلاعات جدیدی در مورد فرآیند تقسیم سلولی کشف کنیم. ما دریافتیم که فعل و انفعالات بین بلوک های سازنده اکتین با انقباض و انبساط کل سلول در طول تقسیم همگام می شود. به عبارت دیگر، رفتار مولکول های اکتین با رفتار سلول مرتبط است: زمانی که اکتین منبسط می شود، سلول منقبض می شود و زمانی که اکتین منقبض می شود، منبسط می شود.