Multi-SIM助力新型红色荧光蛋白mScarlet3-H的研发
2025年4月，福建医科大学公共技术中心、医学技术与工程学院付志飞团队在《Nature Methods》发表了题为“A highly stable monomeric red fluorescent protein for advanced microscopy”的研究论文，科研团队成功开发了新一代超稳定单体红色荧光蛋白mScarlet3-H。
Multi-SIM
助力研究新发现
研究背景
荧光蛋白（FPs）作为生物成像领域的“分子灯塔”，为科学家提供了在活细胞、组织乃至模式生物中可视化生物分子的强大工具。然而，红色荧光蛋白（RFPs）的发展长期滞后于绿色和黄色荧光蛋白，其稳定性不足、抗光漂白能力弱等问题，限制了其在高温、氧化环境及超分辨率显微镜（如STED、3D-SIM）中的应用。尤其在电子显微镜（EM）样本制备、组织透明化等严苛条件下，现有RFPs的荧光保留率低，成为多种成像技术应用的瓶颈。因此开发一种兼具高亮度、超稳定性和单聚体特性的新型RFP，成为领域内的迫切需求。
创新研究点
研究发现，mScarlet3-H通过独特的组氨酸-发色团氢键网络，实现了三重突破：
1️⃣极端稳定性：在90℃高温、8M盐酸胍等严苛条件下仍保留82.5%荧光；
2️⃣超强抗光漂白能力：支持长达2小时的3D-SIM活细胞成像；
3️⃣多场景适用性：成功用于快速组织透明化（1天完成全脑透明）、CLEM（光镜-电镜联用）及STED纳米成像。
Multi-SIM
技术贡献
科研团队为了研究mScarlet3-H作为融合标签的性能，在COS-7细胞中瞬时表达了mScarlet3-H与各种细胞器标志物的融合蛋白，并通过Multi-SIM超分辨显微镜对其定位进行检查，发现mScarlet3-H能准确标记多种细胞成分且取得优质的成像结果，如微管、线粒体外膜、F-肌动蛋白、线粒体嵴，这展现出mScarlet3-H在细胞中良好的标记和成像性能。
图注：在COS7细胞中瞬时表达带mScarlet3-H荧光蛋白标签的融合蛋白，分别包括EMTB-mScarlet3-H（微管）、Tom20-mScarlet3-H（线粒体外膜）、Lifeact-mScarlet3-H（丝状肌动蛋白）和 Phb2-mScarlet3-H（线粒体内膜），然后使用Multi-SIM超分辨率显微镜采集图像。比例尺，10 μm，放大后的区域位于图像右上方，比例尺，2 μm。
研究人员用新开发的mScarlet3-H与COX8A序列标记线粒体融合进行3D-SIM活细胞成像，并且同样的实验方法将其特性与已有的mScarlet-H、mScarlet等多种荧光蛋白比较。结果显示，mScarlet3-H 能连续成像2小时且光漂白极少，而其他荧光蛋白荧光损失显著，这使得研究人员能够以100nm分辨率追踪线粒体融合和分裂事件，该结构一方面表明mScarlet3-H在长时程活细胞3D-SIM成像方面优势明显，另一方面可以体现出Multi-SIM设备在长时程的成像过程中光毒性较低，长时间观察下不会对线粒体产生不良影响。
图注：a，在COS-7细胞中表达mito-mScarlet3-H的3D-SIM活细胞成像代表性图像，根据与底部的距离进行颜色编码。比例尺为10 μm。b，对表达线粒体靶向荧光蛋白（mito-FPs）的活COS-7细胞进行无间隔的连续3D-SIM成像。荧光强度均以初始荧光强度为基准进行归一化处理。每种荧光蛋白的实验均重复三次，且结果相似。c，在所示时间点（分钟:秒）线粒体融合（绿色箭头）和分裂（红色箭头）动态的代表性图像。每个事件均由三张图像突出显示。比例尺，5 μm。
Multi-SIM
研究成果总结
mScarlet3-H的成功研发，不仅填补了红色荧光蛋白稳定性的空白，更通过Multi-SIM等先进成像技术的赋能，将活细胞超分辨成像推向新高度。该研究中Multi-SIM核心优势在于：
✅ 超分辨成像，助力科研工作者获得更精细的结构采集；
✅ 支持小时级动态观测及快速数据处理；
✅ 应用范围较广，普适性更强。
强强结合，突破高难度成像
Multi-SIM与mScarlet3-H的结合，为生物成像带来了新突破。mScarlet3-H的高稳定性使它在多种复杂实验条件下都能保持良好性能，为荧光显微镜成像提供了更可靠的荧光标记选择。而Multi-SIM超分辨显微镜则充分发挥了mScarlet3-H的优势，实现了对细胞内动态过程的超高分辨率、长时间成像。这一成果不仅有助于科研人员更深入地探究细胞内的微观世界，还为未来生物成像技术的发展和相关生物医学研究开辟了新方向，有望推动更多关于细胞功能、疾病机制等方面的研究取得新进展。
