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In Situ Quantitative Imaging of Plasma Membrane Stiffness in Live Cells Using a Genetically Encoded FRET Sensor

费斯特共振能量转移 化学 鞘磷脂 生物物理学 共焦显微镜 机械生物学 细胞膜 脂质双层 荧光 膜流动性 刚度 细胞生物学 生物化学 材料科学 物理 量子力学 生物 复合材料
作者
Yusi Hu,Haiyan Wen,Meng-Yao Liu,J.Z. Wang,Ruo-Lan Dong,Shu‐Lin Liu,Zhi‐Gang Wang
出处
期刊:Analytical Chemistry [American Chemical Society]
卷期号:96 (21): 8501-8509
标识
DOI:10.1021/acs.analchem.4c00433
摘要

Cell membrane stiffness is critical for cellular function, with cholesterol and sphingomyelin as pivot contributors. Current methods for measuring membrane stiffness are often invasive, ex situ, and slow in process, prompting the need for innovative techniques. Here, we present a fluorescence resonance energy transfer (FRET)-based protein sensor designed to address these challenges. The sensor consists of two fluorescent units targeting sphingomyelin and cholesterol, connected by a linker that responds to the proximity of these lipids. In rigid membranes, cholesterol and sphingomyelin are in close proximity, leading to an increased FRET signal. We utilized this sensor in combination with confocal microscopy to explore changes in plasma membrane stiffness under various conditions, including differences in osmotic pressure, the presence of reactive oxygen species (ROS) and variations in substrate stiffness. Furthermore, we explored the impact of SARS-CoV-2 on membrane stiffness and the distribution of ACE2 after attachment to the cell membrane. This tool offers substantial potential for future investigations in the field of mechanobiology.
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