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Spatially mapping the diffusivity of proteins in live cells based on cumulative area analysis

Science China Chemistry 2023年第11期66卷 3307-3313页

作者： Huihui Gao Chu Han Limin Xiang College of Chemistry and Molecular Sciences&Taikang Center for Life and Medical Sciences Wuhan UniversityWuhan 430072China

Molecular motion provides a way for biomolecules to mix and interact in living systems.Quantifying their motion is critical to the understanding of how biomolecules perform its function.However,it has been a challenged task to spatially map the fast diffusion of unbound proteins in the heterogenous intracellular environment.Here we reported a new imaging technique named cumulative area based on single-molecule diffusivity mapping(CA-SMdM).The strategy is based on the comparison of singlemolecule images between a shorter and longer exposure time.With longer exposure time,molecules will travel further,thus giving more blurred single-molecule images,hence implying its local diffusion rates.We validated our technique through measuring the fast diffusion rates(10–40μm~2/s)of fluorescent dye in glycerol-water mixture,and found the values fit well with Stokes-Einstein equation.We further showed that the spatially mapping of diffusivity in live cells is plausible through CA-SMdM,and it faithfully reported the local diffusivity heterogeneity in cytosol and nucleus.CA-SMdM provides an efficient way to mapping the local molecular motion,and therefore will have profound applications in probing the biomolecular interactions for living systems.

关键词： single molecule diffusivity cumulative area single-molecule diffusivity mapping

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