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Cell:科學(xué)家開發(fā)新型超分辨成像技術(shù)揭示細(xì)胞器互作新現(xiàn)象

閱讀:2196      發(fā)布時(shí)間:2018-11-5
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中國科學(xué)院生物物理研究所李棟課題組與美國霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所博士Eric Betzig、Jennifer Lippincott-Schwartz合作在《細(xì)胞》(Cell)雜志發(fā)表研究論文“Visualizing intracellular organelle and cytoskeletal interactions at nanoscale resolution on millisecond timescales”。該文*了掠入射結(jié)構(gòu)光照明超分辨成像技術(shù)(GI-SIM),可對細(xì)胞內(nèi)的生理過程進(jìn)行高速、長時(shí)程、超分辨率成像,利用該技術(shù)發(fā)現(xiàn)了多種細(xì)胞器間相互作用新行為。

 

GI-SIM可對活細(xì)胞以97納米分辨率、266幅每秒的成像速度連續(xù)成像近萬幅超分辨圖像。與李棟先前開發(fā)的全內(nèi)反射結(jié)構(gòu)光照明超分辨成像技術(shù)(TIRF-SIM; Li et al., Science, 2015)相比,GI-SIM的成像深度以及所產(chǎn)生的信號(hào)量都提高了10倍;與傳統(tǒng)共聚焦或轉(zhuǎn)盤共聚焦顯微鏡相比,GI-SIM可提供2倍更高的空間分辨率以及10倍更快的成像速度;與其它超分辨成像技術(shù)相比,在細(xì)胞尺寸的視場范圍下,GI-SIM可提供~10倍更快的成像速度,以及10-100倍更長的成像時(shí)程。GI-SIM實(shí)現(xiàn)了對細(xì)胞內(nèi)多種細(xì)胞器動(dòng)態(tài)的優(yōu)化二維超分辨成像,這使得研究人員發(fā)現(xiàn)了多種細(xì)胞器互作新行為。例如:

 

(1)管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的三種新型延伸方式。

 

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成是由管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的不斷延伸和融合完成的。之前的研究工作指出,管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的延伸方式存在滑行(Sliding)和微管聚合端共生長(pTAC)兩種,該研究發(fā)現(xiàn)了微管解聚端牽引(dTAC)、搭便車(Hitchhiking)和微管非依賴(Budding)三種管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)延伸方式。

 

(2)線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的互作影響線粒體的分裂與融合。

 

線粒體的分裂與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)關(guān)系密切,統(tǒng)計(jì)發(fā)現(xiàn)有大約85%的線粒體分裂事件發(fā)生在線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的接觸位點(diǎn)(contact sites)。研究進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)約60%的線粒體融合事件發(fā)生在線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的接觸位點(diǎn),并且與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸的線粒體融合事件通常快于那些沒有與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸的融合事件。

 

(3)多色GI-SIM成像發(fā)現(xiàn)溶酶體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)互作對調(diào)控溶酶體在細(xì)胞內(nèi)的動(dòng)態(tài)運(yùn)輸和分布起關(guān)鍵作用。

 

(4)過去的研究僅發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可通過融合來改變其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu),該研究觀測到處于運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的溶酶體可引起管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的瞬時(shí)斷裂。

 

(5)該研究在哺乳動(dòng)物細(xì)胞中證實(shí)不同種細(xì)胞器間存在廣泛的“搭便車”(Hitchhiking)互作現(xiàn)象,并觀測到線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細(xì)胞器的形態(tài)改變和遷移可通過搭載到其它正在運(yùn)動(dòng)的細(xì)胞器上實(shí)現(xiàn),而無需其直接招募馬達(dá)蛋白。

 

李棟課題組博士研究生郭玉婷和助理研究員李迪為并列作者,博士研究生張思微為第二作者。李棟和Eric Betzig、Jennifer Lippincott-Schwartz為共同通訊作者。中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所劉佳佳課題組、杜克大學(xué)Dan Kiehart課題組合作參與了該課題。(生物谷)

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