In-vivo Single-Molecule Imaging in Yeast: Applications and Challenges

Single-molecule imaging has gained momentum to quantify the dynamics of biomolecules in live cells, as it provides direct real-time measurements of various cellular activities under their physiological environment. Yeast, a simple and widely used eukaryote, serves as a good model system to quantify single-molecule dynamics of various cellular processes because of its low genomic and cellular complexities, as well as its facile ability to be genetically manipulated. In the past decade, significant developments have been made regarding the intracellular labeling of biomolecules (proteins, mRNA, fatty acids), the microscopy setups to visualize single-molecules and capture their fast dynamics, and the data analysis pipelines to interpret such dynamics. In this review, we summarize the current state of knowledge for the single-molecule imaging in live yeast cells to provide a ready reference for beginners. We provide a comprehensive table to demonstrate how various labs tailored the imaging regimes and data analysis pipelines to estimate various biophysical parameters for a variety of biological processes. Lastly, we present current challenges and future directions for developing better tools and resources for single-molecule imaging in live yeast cells.     

A novel inhibitor rescues cerebellar defects in a zebrafish model of Down syndrome–associated kinase Dyrk1A overexpression

The highly conserved dual-specificity tyrosine phosphorylation–regulated kinase 1A (Dyrk1A) plays crucial roles during central nervous system development and homeostasis. Furthermore, its hyperactivity is considered responsible for some neurological defects in individuals with Down syndrome. We set out to establish a zebrafish model expressing human Dyrk1A that could be further used to characterize the interaction between Dyrk1A and neurological phenotypes. First, we revealed the prominent expression of dyrk1a homologs in cerebellar neurons in the zebrafish larval and adult brains. Overexpression of human dyrk1a in postmitotic cerebellar Purkinje neurons resulted in a structural misorganization of the Purkinje cells in cerebellar hemispheres and a compaction of this cell population. This impaired Purkinje cell organization was progressive, leading to an age-dependent dispersal of Purkinje neurons throughout the cerebellar molecular layer with larval swim deficits resulting in miscoordination of swimming and reduced exploratory behavior in aged adults. We also found that the structural misorganization of the larval Purkinje cell layer could be rescued by pharmacological treatment with Dyrk1A inhibitors. We further reveal the in vivo efficiency of a novel selective Dyrk1A inhibitor, KuFal194. These findings demonstrate that the zebrafish is a well-suited vertebrate organism to genetically model severe neurological diseases with single cell type specificity. Such models can be used to relate molecular malfunction to cellular deficits, impaired tissue formation, and organismal behavior and can also be used for pharmacological compound testing and validation.     

利用归一化互相关算法去除吸收强度涨落调制血管造影图像模糊

吸收强度涨落调制成像（AIFM）方法是基于血红细胞和背景组织对低相干光照明的吸收差异,通过在频域分离动态的血红细胞信号和静态的背景信号,实现对近透明活体生物样本全场无标记的光学血管造影成像. 但此成像方法需采集较长的原始图像序列,系统漂移或生物抖动会造成图像模糊,难以实现对某些特定区域的血管造影成像. 本文提出一种结合AIFM成像和归一化互相关算法的新方法来提升血管造影图像的质量：原始的图像序列被分成若干短时序列,每个短时序列先利用AIFM成像算法重构得到全场的血管造影图像;再利用归一化的互相关算法将所有的短时重构图像与第一帧重构图像相匹配,并融合得到最终的血管造影片. 我们以活体鸡蛋胚胎为样品,通过实验验证了利用短时归一化互相关AIFM成像方法,能够消除鸡胚胎心跳引起的图像模糊,从而获得高分辨率和信噪比的心血管造影片,对研究活体动物心脑血管疾病具有重要应用价值.     

空间分辨代谢组学进展和挑战

空间分辨代谢组学即整合质谱成像和代谢组学技术,对动/植物组织和细胞中内/外源性代谢物的种类、含量和差异性空间分布进行精准测定。质谱成像技术因其具有无标记、非特异、高灵敏度、高化学覆盖、元素/分子同时检测等优势,被广泛应用于动/植物组织中各类代谢物、多肽和蛋白的时空分布研究。首先介绍了代谢组学和质谱成像技术的研究现状,然后重点综述了空间分辨代谢组学在动物组织、植物组织和单细胞水平上的前沿应用。最后展望了空间分辨代谢组学技术的现有瓶颈和未来发展方向。空间分辨代谢组学是继代谢组学之后又一门新兴的分子成像组学技术,能够无标记、可视化检测动物组织中外源性药物的吸收、分布、代谢和排泄,以及植物组织中多种代谢产物的生物合成、转运途径和积累规律。该技术将推动靶向药物发现、病理机制解析和动植物生长发育密切关联的空间代谢网络调控等前沿应用研究。     

磁共振成像检查联合血清HE4、TK1、CA199检测在卵巢癌诊断中的应用价值

摘要 目的：研究磁共振成像（MRI）检查联合血清人附睾蛋白4（HE4）、细胞质胸苷激酶（TK1）、糖类抗原199（CA199）检测在卵巢癌诊断中的应用价值。方法：将2017年4月～2019年12月我院收治的卵巢癌患者54例作为卵巢癌组,卵巢良性肿瘤患者49例作为卵巢良性肿瘤组,所有受试者均进行MRI检测,并采集受试者血清检测HE4、TK1、CA199水平,以受试者工作特征（ROC）曲线分析MRI检查联合血清HE4、TK1、CA199检测诊断卵巢癌的效能。结果：卵巢癌MRI特点包括以下几点：①囊实性肿块;②形态不规则;③呈长T2/T1等信号;④病灶边界模糊;⑤增强扫描结果呈病灶显著强化;⑥腹膜转移者存在显著腹腔积液以及散在分布的结节状种植病灶。卵巢良性肿瘤MRI特点包括以下几点：①囊壁光滑;②呈长T1以及长T2信;③病灶边界清晰;④增强扫描结果提示病灶无强化/稍有强化。卵巢癌组血清HE4、TK1、CA199水平分别为（87.13±15.32）pmol/L、（2.15±0.13）pmol/L、（95.39±15.25）U/mL,明显高于卵巢良性肿瘤组的（66.42±10.19）pmol/L、（0.85±0.20）pmol/L、（37.94±1.05）U/mL（均P＜0.05）。经ROC曲线分析可得：MRI检查联合血清HE4、TK1、CA199检测诊断卵巢癌的灵敏度、特异度以及曲线下面积均高于上述各项单独诊断。结论：卵巢癌患者血清HE4、TK1、CA199水平较高,MRI检查联合血清HE4、TK1、CA199检测诊断卵巢癌的价值较高,具有一定的临床应用价值。     

3.0 T磁共振T2×mapping成像技术定量评估膝关节骨性关节炎的临床价值及与WOMAC评分的相关性分析

摘要 目的：研究3.0 T磁共振T2×mapping成像技术定量评估膝关节骨性关节炎（OA）的临床价值及与西安大略和麦克马斯特大学骨关节炎指数（WOMAC）评分的相关性。方法：将我院于2017年4月～2019年12月期间收治的膝关节OA患者80例纳入研究。根据K-L分级标准将膝关节OA患者分成轻度组（K-L分级为Ⅰ～Ⅱ级）32例,重度组（K-L分级为Ⅲ～Ⅴ级）48例。另取同期于我院进行体检的健康者30例作为对照组。所有受试者均接受3.0 T磁共振T2×mapping扫描,比较各组膝关节不同部位软骨T2值、WOMAC评分以及血清炎症因子水平,以Pearson相关性分析膝关节OA患者膝关节不同部位软骨T2值和WOMAC评分的关系。结果：重度组膝关节不同部位软骨T2值均高于轻度组以及对照组,且轻度组膝关节不同部位软骨T2值均高于对照组（均P＜0.05）。重度组各项WOMAC评分及总分均高于轻度组以及对照组,且轻度组各项WOMAC评分及总分均高于对照组（均P＜0.05）。经Pearson相关性分析发现：膝关节OA患者膝关节不同部位软骨T2值和各项WOMAC评分及总分均呈正相关（均P＜0.05）。重度组血清白介素-1β（IL-1β）、白介素-18（IL-18）、肿瘤坏死因子α（TNF-α）均高于轻度组以及对照组,且轻度组血清IL-1β、IL-18、TNF-α均高于对照组（均P＜0.05）。结论：3.0 T磁共振T2×mapping成像技术定量评估膝关节OA的临床价值较高,且患者膝关节不同部位软骨T2值与WOMAC评分密切相关。     

冠状动脉磁共振血管成像和CT对可疑冠心病患者心脏事件的预测价值的比较研究

摘要 目的：探讨与比较冠状动脉核磁共振(MR)血管成像和CT对可疑冠心病患者心脏事件的预测价值。方法：2018年4月到2020年10月选择在本院诊治的103例可疑冠心病患者作为研究对象,所有患者都给予冠状动脉MRI血管成像与64层螺旋CT冠状动脉成像检查,记录影像学特征。随访患者的预后并进行预测价值分析。结果：103例可疑冠心病患者随访到2021年4月1日,发生心血管不良终点事件23例(不良事件组),发生率为22.3%。不良事件组的MRI血管成像显示右冠状动脉血管长度与内径都低于非不良事件组(P<0.05)。不良事件组的CT显示斑块率、斑块性质等与非不良事件组对比差异有统计学意义(P<0.05),两组斑块位置对比差异无统计学意义(P>0.05)。多因素Cox回归分析显示斑块性质、斑块率、右冠状动脉血管长度与内径都为导致心血管不良终点事件的重要因素(P<0.05)。结论：冠状动脉MRI血管成像和CT都可有效预测可疑冠心病患者心脏事件发生情况,能满足临床诊断可疑冠心病与预测预后的要求。     

原发性肝癌MRI检查图像特征分析及联合血清AFP、TK1、DKK1的诊断价值研究

摘要 目的：研究原发性肝癌（PHC）磁共振成像（MRI）检查图像特征及其联合血清甲胎蛋白（AFP）、胸苷激酶1（TK1）、Dickkopf相关蛋白1（DKK1）的诊断价值。方法：将我院从2017年1月～2020年1月收治的PHC患者76例纳入研究,记作观察组。另取同期我院收治的70例良性肝病患者记作对照组。对所有受试者均进行MRI扫描,比较两组MRI图像特征。检测并对比两组血清AFP、TK1、DKK1水平的差异。通过受试者工作特征（ROC）曲线分析MRI及上述各项血清学指标诊断PHC的效能。结果：PHC患者T1WI主要表现为均匀低或稍低信号,T2WI主要表现为不均匀高信号,DWI均表现为均匀高信号。观察组血清AFP、TK1、DKK1水平均高于对照组（均P＜0.05）。经ROC曲线分析可得：MRI检查联合血清AFP、TK1、DKK1诊断PHC的曲线下面积、灵敏度、特异度、准确度均高于上述各项检查方式单独诊断。结论：PHC患者MRI图像特征如下：T1WI主要表现为均匀低或稍低信号,T2WI主要表现为不均匀高信号,DWI均表现为均匀高信号。此外,MRI检查联合血清AFP、TK1、DKK1诊断PHC的效能较高,具有一定的临床应用价值。