科學(xué)家開發(fā)了研究線粒體的新技術(shù)，這一進(jìn)展為研究包括阿爾茨海默病、帕金森病和其他癌癥在內(nèi)的線粒體被破壞的疾病提供了一種新方法。

斯克里普斯研究所

2023年2月15日消息

近日在線發(fā)表在《細(xì)胞生物學(xué)雜志》（Journal of Cell Biology，JCB）上的一項(xiàng)研究報(bào)告中，斯克里普斯研究所（Scripps Research）的科學(xué)家們描述了一項(xiàng)新技術(shù)，能夠對(duì)線粒體內(nèi)甚至是細(xì)微的結(jié)構(gòu)變化進(jìn)行成像和量化，并將這些變化與細(xì)胞中正在進(jìn)行的其他過程相關(guān)聯(lián)。

研究于2023年2月14日發(fā)表在《Journal of Cell Biology》（最新影響因子：8．077）雜志上

線粒體不僅參與能量的產(chǎn)生，而且還參與其他幾種關(guān)鍵的細(xì)胞功能，包括細(xì)胞分裂和對(duì)各種類型的應(yīng)激的細(xì)胞保存反應(yīng)。線粒體功能障礙已在包括阿爾茨海默病、帕金森病和不同癌癥在內(nèi)的許多疾病中被觀察到，研究人員渴望開發(fā)出可以逆轉(zhuǎn)這些功能障礙的治療方法。但研究線粒體結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)的科學(xué)工具有限。

“我們現(xiàn)在有了一個(gè)強(qiáng)大的新工具包，可以檢測(cè)和量化線粒體的結(jié)構(gòu)和功能差異，例如，在疾病和健康狀態(tài)下，”該研究的資深作者 Danielle Grotjahn 博士說，她是斯克里普斯研究所綜合結(jié)構(gòu)和計(jì)算生物學(xué)部的助理教授。

該研究的共同第一作者是 Grotjahn 實(shí)驗(yàn)室成員 Benjamin Barad 博士（博士后研究助理）和 Michaela Medina 博士候選人。

線粒體是存在于動(dòng)植物細(xì)胞內(nèi)的眾多膜結(jié)合分子機(jī)器或“細(xì)胞器”之一。通常每個(gè)細(xì)胞有數(shù)百到數(shù)千個(gè)線粒體，它們有自己的小基因組，并且有一個(gè)獨(dú)特的結(jié)構(gòu)，有一個(gè)外膜和一個(gè)波浪形的內(nèi)膜，關(guān)鍵的生化反應(yīng)在這里發(fā)生�？茖W(xué)家們知道，線粒體結(jié)構(gòu)的外觀可以發(fā)生巨大變化，這取決于線粒體在做什么，或者細(xì)胞中存在什么壓力。因此，這些結(jié)構(gòu)變化可以成為細(xì)胞狀況的非常有用的標(biāo)記，盡管到目前為止還沒有一個(gè)很好的方法來檢測(cè)和量化它們。

在這項(xiàng)研究中，Grotjahn 的團(tuán)隊(duì)整合了一個(gè)計(jì)算工具包來處理來自一種叫做冷凍電子斷層掃描（cryo－ET）的顯微鏡技術(shù)的成像數(shù)據(jù)，這種技術(shù)基本上是用電子而不是光在三維中成像生物樣本。研究人員稱之為“表面形態(tài)測(cè)量工具包”（surface morphometrics toolkit），能夠?qū)�單個(gè)線粒體的結(jié)構(gòu)單元進(jìn)行詳細(xì)的繪制和測(cè)量。這包括內(nèi)膜的彎曲和膜之間的間隙，這是所有可能有用的重要線粒體和細(xì)胞事件的標(biāo)志。

Barad 說：“它使我們能夠從本質(zhì)上把我們從冷凍胚胎移植中獲得的線粒體的美麗的三維圖像轉(zhuǎn)化為敏感的、定量的測(cè)量，例如，我們可以潛在地利用它來幫助識(shí)別疾病的詳細(xì)機(jī)制�！�

研究小組展示了這個(gè)工具包，他們用它來繪制細(xì)胞受到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應(yīng)激（一種常見于神經(jīng)退行性疾病的細(xì)胞應(yīng)激）時(shí)線粒體的結(jié)構(gòu)細(xì)節(jié)。他們觀察到，關(guān)鍵結(jié)構(gòu)特征，如內(nèi)膜的曲率，或內(nèi)外膜之間的最小距離，在這種應(yīng)激下發(fā)生了可測(cè)量的變化。

隨著新工具包的成功、原理驗(yàn)證演示，Grotjahn 實(shí)驗(yàn)室現(xiàn)在將用它來更詳細(xì)地研究線粒體如何對(duì)細(xì)胞應(yīng)激或由疾病、毒素、感染甚至藥物引起的其他變化作出反應(yīng)。

“例如，我們可以比較藥物對(duì)細(xì)胞線粒體的影響和對(duì)未治療線粒體的影響，” Medina 說，“這種方法不僅限于線粒體，我們也可以用它來研究細(xì)胞內(nèi)的其他細(xì)胞器�！�

“使用表面形態(tài)測(cè)量管道量化低溫電子層析成像中的細(xì)胞器超微結(jié)構(gòu)”（Quantifying organellar ultrastructure in cryo－electron tomography using a surface morphometrics pipeline）由Benjamin Barad， Michaela Medina， Daniel Fuentes， Luke Wiseman 和 Danielle Grotjahn 共同撰寫，他們均來自斯克里普斯研究所。

創(chuàng)立于1924年的斯克里普斯研究所

參考文獻(xiàn)

Source：Scripps Research

Scripps Research scientists develop new technique for studying mitochondria

Reference：

Benjamin A． Barad， Michaela Medina， Daniel Fuentes， R． Luke Wiseman， Danielle A． Grotjahn； Quantifying organellar ultrastructure in cryo－electron tomography using a surface morphometrics pipeline． J Cell Biol 3 April 2023； 222 （4）： e202204093． doi： https：／／doi．org／10．1083／jcb．202204093

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