Nature Methods | 活细胞中的蛋白质如何“飙车”？新型显微镜技术揭秘分子世界的高速运动

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更精妙的是，扫描系统与sCMOS相机的滚动快门完美同步。当光刀以每秒1250次的频率扫描时，相机仅曝光407微秒（百万分之一秒），有效冻结了蛋白质的快速运动。这相当于用高速连拍捕捉蜂鸟振翅的每个瞬间。

示意图 （Credit: Nature Methods ）

性能飞跃：六大数据见证技术革命

在KEAP1蛋白的对比实验中，OLS展现出碾压性优势：

轨迹数量： 从2.5万条激增至16.7万条

信噪比（SNR）： 标准差从±4.8降至±0.3，光照均匀性提升16倍

运动模糊： 点扩散函数（PSF）展宽仅1.4%，而HILO技术达4.4%

通量规模： 单次实验可分析308个样品孔，每个孔采集1224个视野

跨平台一致性： 四台独立显微镜的EC50值差异小于15%

时间分辨率： 最高达1250帧/秒，比传统技术快12倍

这些突破使得研究人员首次能在接近生理条件下，同时追踪数百个细胞中蛋白质的纳米级运动。

活细胞里的分子快递员：VCP蛋白如何分区“送货”

为了验证OLS的实际应用价值，研究团队选择了一种被称为“细胞清道夫”的含缬酪肽蛋白（Valosin-Containing Protein, VCP）。这种ATP酶如同分子快递员，在不同细胞区域执行截然不同的任务：在细胞核附近拆卸错误折叠的蛋白质，在细胞质中运输囊泡，还能进入内质网参与质量控制。

通过机器学习辅助的图像分割，研究人员发现：

核区VCP： 扩散系数2.9 μm²/s，如同在拥挤地铁站穿行的行人

近核区VCP： 速度降至2.6 μm²/s，类似推车搬运重物的工人

细胞质VCP： 飙升至4.1 μm²/s，仿佛在高速公路上飞驰的卡车

当使用抑制剂CB-5083阻断VCP的ATP酶活性后，所有区域的运动速度骤降25-30%。这证实了VCP的能量依赖性工作机制——就像断电后的电梯，失去动力后只能在楼层间缓慢徘徊。

破解细胞周期密码：PCNA蛋白的“角色扮演”

增殖细胞核抗原（Proliferating Cell Nuclear Antigen, PCNA）是DNA复制的核心元件。传统认知认为，PCNA在S期（DNA合成期）会聚集在复制位点，而在其他时期自由扩散。但受限于技术手段，从未有人实时观测过单个PCNA分子的周期性行为变化。

借助OLS和自主研发的AI分类模型，研究人员揭开了惊人真相：

G1/G2期： 90%的PCNA以9.88 μm²/s高速游弋

S期：

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