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细胞内扩散动力学与胞内空间维度的关系

高博 周宇萱 张明丽 李辉

高博, 周宇萱, 张明丽, 李辉. 细胞内扩散动力学与胞内空间维度的关系[J]. 北京师范大学学报(自然科学版), 2023, 59(5): 758-762. doi: 10.12202/j.0476-0301.2023157
引用本文: 高博, 周宇萱, 张明丽, 李辉. 细胞内扩散动力学与胞内空间维度的关系[J]. 北京师范大学学报(自然科学版), 2023, 59(5): 758-762. doi: 10.12202/j.0476-0301.2023157
GAO Bo, ZHOU Yuxuan, ZHANG Mingli, LI Hui. Dynamics of intracellular diffusion under various intracellular spatial dimensions[J]. Journal of Beijing Normal University(Natural Science), 2023, 59(5): 758-762. doi: 10.12202/j.0476-0301.2023157
Citation: GAO Bo, ZHOU Yuxuan, ZHANG Mingli, LI Hui. Dynamics of intracellular diffusion under various intracellular spatial dimensions[J]. Journal of Beijing Normal University(Natural Science), 2023, 59(5): 758-762. doi: 10.12202/j.0476-0301.2023157

细胞内扩散动力学与胞内空间维度的关系

doi: 10.12202/j.0476-0301.2023157
基金项目: 国家自然科学基金资助项目(12122402,12074043)
详细信息
    通讯作者:

    李辉 ,男,教授,博士生导师. 研究方向:生物复杂系统. E-mail:huili@bnu.edu.cn

  • 中图分类号: Q27;Q63

Dynamics of intracellular diffusion under various intracellular spatial dimensions

  • 摘要: 扩散对于细胞内生物分子的运输至关重要,是各种生命过程的物理基础.由于细胞内部微环境的复杂性,其内部生物大分子的扩散呈现出异常扩散、空间异质性、各向异性等新奇动力学特性.然而,细胞内扩散动力学与胞内微环境空间维度之间的关系并不清楚.利用活细胞单分子荧光跟踪技术研究了细胞内量子点探针的扩散,定量分析了细胞内准二维扩散和丝状伪足内准一维扩散的动力学特征.研究发现相比于细胞内的准二维扩散,丝状伪足内的扩散速度更快,且扩散加速现象与丝状伪足的直径成反比,表明丝状伪足提供了一种更加有效的胞内物质运输途径.本研究不仅阐明了细胞内扩散动力学与胞内空间维度的关系,而且揭示了细胞通过亚细胞结构调控生物大分子运输的复杂机制.

     

  • 图  1  细胞内准一维和准二维的扩散现象

    a. 导入量子点QD655的A549细胞明场图像;b. 导入量子点QD655的A549细胞荧光场图像;c. 导入于细胞内>40帧的全部量子点轨迹,浅蓝色方框圈出的为部分细胞中心准二维扩散的量子点轨迹,黄色方框圈出的为部分丝状伪足内准一维扩散的量子点轨迹;d. 丝状伪足内的量子点运动轨迹(左)和细胞内的量子点运动轨迹(右).

    图  2  细胞内准一维和准二维扩散在xy方向的均方位移

    a.丝状伪足内准一维扩散在xy方向的均方位移(轨迹数:689);b. 细胞内准二维扩散在xy方向的均方位移(轨迹数:362).

    图  3  细胞内准一维和准二维扩散的均方位移分析

    a. 丝状伪足内准一维扩散在xy方向的扩散速率;b. 细胞内准二维扩散在xy方向的扩散速率;c. 丝状伪足内准一维扩散在xy方向的运动模式;d. 细胞内准二维扩散在xy方向的运动模式.

    图  4  扩散速率空间长度的关系

    a. 丝状伪足内量子点扩散速率与空间长度的关系(P<0.001);b. 细胞内量子点扩散速率与空间长度的关系(P<0.001).

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出版历程
  • 收稿日期:  2023-05-09
  • 网络出版日期:  2023-09-14
  • 刊出日期:  2023-10-31

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