科學家開發(fā)了研究線粒體的新技術，這一進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《細胞生物學雜志》（Journal of Cell Biology，JCB）上的一項研究報告中，斯克里普斯研究所（Scripps Research）的科學家們描述了一項新技術，能夠對線粒體內(nèi)甚至是細微的結構變化進行成像和量化，并將這些變化與細胞中正在進行的其他過程相關聯(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鍵的細胞功能，包括細胞分裂和對各種類型的應激的細胞保存反應。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。但研究線粒體結構細節(jié)的科學工具有限。

“我們現(xiàn)在有了一個強大的新工具包，可以檢測和量化線粒體的結構和功能差異，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構和計算生物學部的助理教授。

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

線粒體是存在于動植物細胞內(nèi)的眾多膜結合分子機器或“細胞器”之一。通常每個細胞有數(shù)百到數(shù)千個線粒體，它們有自己的小基因組，并且有一個獨特的結構，有一個外膜和一個波浪形的內(nèi)膜，關鍵的生化反應在這里發(fā)生�？茖W家們知道，線粒體結構的外觀可以發(fā)生巨大變化，這取決于線粒體在做什么，或者細胞中存在什么壓力。因此，這些結構變化可以成為細胞狀況的非常有用的標記，盡管到目前為止還沒有一個很好的方法來檢測和量化它們。

在這項研究中，Grotjahn 的團隊整合了一個計算工具包來處理來自一種叫做冷凍電子斷層掃描（cryo－ET）的顯微鏡技術的成像數(shù)據(jù)，這種技術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)測量工具包”（surface morphometrics toolkit），能夠?qū)�單個線粒體的結構單元進行詳細的繪制和測量。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胞事件的標志。

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、定量的測量，例如，我們可以潛在地利用它來幫助識別疾病的詳細機制�！�

研究小組展示了這個工具包，他們用它來繪制細胞受到內(nèi)質(zhì)網(wǎng)應激（一種常見于神經(jīng)退行性疾病的細胞應激）時線粒體的結構細節(jié)。他們觀察到，關鍵結構特征，如內(nèi)膜的曲率，或內(nèi)外膜之間的最小距離，在這種應激下發(fā)生了可測量的變化。

隨著新工具包的成功、原理驗證演示，Grotjahn 實驗室現(xiàn)在將用它來更詳細地研究線粒體如何對細胞應激或由疾病、毒素、感染甚至藥物引起的其他變化作出反應。

“例如，我們可以比較藥物對細胞線粒體的影響和對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胞內(nèi)的其他細胞器。”

“使用表面形態(tài)測量管道量化低溫電子層析成像中的細胞器超微結構”（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

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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       原文標題 : 科學家開發(fā)了研究線粒體的新技術