科学家开发了研究线粒体的新技术，这一进展为研究包括阿尔茨海默病、帕金森病和其他癌症在内的线粒体被破坏的疾病提供了一种新方法。

斯克里普斯研究所

2023年2月15日消息

近日在线发表在《细胞生物学杂志》（Journal of Cell Biology，JCB）上的一项研究报告中，斯克里普斯研究所（Scripps Research）的科学家们描述了一项新技术，能够对线粒体内甚至是细微的结构变化进行成像和量化，并将这些变化与细胞中正在进行的其他过程相关联。

研究于2023年2月14日发表在《Journal of Cell Biology》（最新影响因子：8．077）杂志上

线粒体不仅参与能量的产生，而且还参与其他几种关键的细胞功能，包括细胞分裂和对各种类型的应激的细胞保存反应。线粒体功能障碍已在包括阿尔茨海默病、帕金森病和不同癌症在内的许多疾病中被观察到，研究人员渴望开发出可以逆转这些功能障碍的治疗方法。但研究线粒体结构细节的科学工具有限。

“我们现在有了一个强大的新工具包，可以检测和量化线粒体的结构和功能差异，例如，在疾病和健康状态下，”该研究的资深作者 Danielle Grotjahn 博士说，她是斯克里普斯研究所综合结构和计算生物学部的助理教授。

该研究的共同第一作者是 Grotjahn 实验室成员 Benjamin Barad 博士（博士后研究助理）和 Michaela Medina 博士候选人。

线粒体是存在于动植物细胞内的众多膜结合分子机器或“细胞器”之一。通常每个细胞有数百到数千个线粒体，它们有自己的小基因组，并且有一个独特的结构，有一个外膜和一个波浪形的内膜，关键的生化反应在这里发生。科学家们知道，线粒体结构的外观可以发生巨大变化，这取决于线粒体在做什么，或者细胞中存在什么压力。因此，这些结构变化可以成为细胞状况的非常有用的标记，尽管到目前为止还没有一个很好的方法来检测和量化它们。

在这项研究中，Grotjahn 的团队整合了一个计算工具包来处理来自一种叫做冷冻电子断层扫描（cryo－ET）的显微镜技术的成像数据，这种技术基本上是用电子而不是光在三维中成像生物样本。研究人员称之为“表面形态测量工具包”（surface morphometrics toolkit），能够对单个线粒体的结构单元进行详细的绘制和测量。这包括内膜的弯曲和膜之间的间隙，这是所有可能有用的重要线粒体和细胞事件的标志。

Barad 说：“它使我们能够从本质上把我们从冷冻胚胎移植中获得的线粒体的美丽的三维图像转化为敏感的、定量的测量，例如，我们可以潜在地利用它来帮助识别疾病的详细机制。”

研究小组展示了这个工具包，他们用它来绘制细胞受到内质网应激（一种常见于神经退行性疾病的细胞应激）时线粒体的结构细节。他们观察到，关键结构特征，如内膜的曲率，或内外膜之间的最小距离，在这种应激下发生了可测量的变化。

随着新工具包的成功、原理验证演示，Grotjahn 实验室现在将用它来更详细地研究线粒体如何对细胞应激或由疾病、毒素、感染甚至药物引起的其他变化作出反应。

“例如，我们可以比较药物对细胞线粒体的影响和对未治疗线粒体的影响，” Medina 说，“这种方法不仅限于线粒体，我们也可以用它来研究细胞内的其他细胞器。”

“使用表面形态测量管道量化低温电子层析成像中的细胞器超微结构”（Quantifying organellar ultrastructure in cryo－electron tomography using a surface morphometrics pipeline）由Benjamin Barad， Michaela Medina， Daniel Fuentes， Luke Wiseman 和 Danielle Grotjahn 共同撰写，他们均来自斯克里普斯研究所。

创立于1924年的斯克里普斯研究所

参考文献

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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       原文标题 : 科学家开发了研究线粒体的新技术