科學(xué)家用先進的成像技術(shù)揭開細胞結(jié)構(gòu)的神秘面紗

細胞包含各種特殊結(jié)構(gòu)， 如細胞核、線粒體或過氧物酶體，這些結(jié)構(gòu)被稱為“細胞器”。追溯它們的起源并確定它們的結(jié)構(gòu)，是了解細胞功能以及與細胞功能障礙有關(guān)的病理現(xiàn)象的基礎(chǔ)。瑞士日內(nèi)瓦大學(xué)的科學(xué)家們將高分辨率顯微鏡和運動重建技術(shù)相結(jié)合，在運動中可視化了人類中心粒的起源。

這種細胞器對細胞骨架的組織至關(guān)重要，在功能障礙的情況下與某些癌癥、腦部疾病或視網(wǎng)膜疾病有關(guān)。這項發(fā)表在《細胞》雜志上的研究成果闡明了中心粒組裝的復(fù)雜性。它還為研究其他細胞器開辟了許多新途徑。

細胞器的形成是按照連續(xù)的蛋白質(zhì)招募事件的精確序列進行的。通過實時觀察這種組裝過程，可以更好地了解這些蛋白質(zhì)在細胞器結(jié)構(gòu)或功能中的作用。然而，要獲得具有足夠分辨率的視頻序列來分辨如此復(fù)雜的顯微元件，卻面臨著許多技術(shù)限制。

為更好地觀察細胞而充氣

中心粒尤其如此，這個尺寸不到0.005毫米的細胞器由大約100種不同的蛋白質(zhì)組成，分為6個亞結(jié)構(gòu)域。直到幾年前，人們還無法看到中心粒結(jié)構(gòu)的細節(jié)。聯(lián)合國大學(xué)理學(xué)院分子和細胞生物學(xué)系聯(lián)合研究主任保羅·吉夏爾和維吉妮·哈梅爾的實驗室利用膨脹顯微鏡技術(shù)改變了這一局面。這項尖端技術(shù)可以使細胞及其成分在不變形的情況下逐漸膨脹，這樣就可以使用傳統(tǒng)顯微鏡以極高的分辨率對它們進行觀察。

以如此高的分辨率獲取中心粒圖像可以確定蛋白質(zhì)在特定時間的確切位置，但卻無法提供關(guān)于亞結(jié)構(gòu)域或單個蛋白質(zhì)出現(xiàn)順序的信息。該研究的第一作者、前聯(lián)合國工程師學(xué)會研究和教學(xué)人員馬林·拉波爾特利用膨脹顯微鏡分析了1000多個中心粒在不同生長階段的6個結(jié)構(gòu)域中24種蛋白質(zhì)的位置。

重組圖片，讓它們運轉(zhuǎn)起來

“在這項非常繁瑣的工作之后，我們進行了偽時間運動學(xué)重建。換句話說，我們能夠?qū)⒅行牧Ｉ锇l(fā)生過程中隨機拍攝的數(shù)千張圖像按時間順序排列起來，利用我們開發(fā)的計算機分析方法重建中心粒亞結(jié)構(gòu)形成的各個階段。”這項研究的共同負責(zé)人維吉妮·哈梅爾解釋說。

這種獨特的方法結(jié)合了極高分辨率的膨脹顯微鏡和運動學(xué)重建，能夠首次建立人類中心粒的4D組裝模型。保羅·吉夏爾總結(jié)說：“我們的工作不僅加深了我們對中心粒形成的理解，還為細胞和分子生物學(xué)開辟了令人難以置信的前景，因為這種方法可以應(yīng)用于其他大分子和細胞結(jié)構(gòu)，研究它們在空間和時間維度上的組裝?！?（綜合整理報道）（策劃/羅媛）