斯克里普斯研究中心的科学家开发出研究线粒体的新技术

Scripps Research 的科学家们采用了一种基于成像的先进方法，提供了一种研究线粒体的新方法，线粒体被称为细胞的“发电站”。

在 2023 年 2 月 14 日发表于《细胞生物学杂志》的报告中，科学家们描述了一套技术，可以对线粒体内部甚至细微的结构变化进行成像和量化，以及这些变化与细胞中正在进行的其他过程的相关性。

线粒体不仅参与能量生产，还参与其他几种重要的细胞功能，包括细胞分裂和对各种压力的细胞保护反应。在包括阿尔茨海默病、帕金森病和其他癌症在内的许多疾病中都观察到了线粒体功能障碍，研究人员渴望开发出可以逆转这些功能障碍的治疗方法。但是用于研究线粒体结构细节的科学工具是有限的。

“我们现在有了一个强大的新工具包，用于检测和量化线粒体的结构和功能差异——例如，在患病与健康状态下的差异，”该研究的资深作者 Danielle Grotjahn 博士说。 Scripps Research 的计算生物学。

该研究的共同第一作者是 Grotjahn 实验室成员、博士后研究员 Benjamin Barad 博士和博士候选人 Michaela Medina。

线粒体是许多存在于植物和动物细胞内的膜结合分子机器或“细胞器”之一。通常每个细胞有数百到数千个，线粒体有自己的小基因组，并且具有独特的结构，包括外膜和发生关键生化反应的波浪状内膜。科学家们知道，线粒体结构的外观会根据线粒体的行为或细胞中存在的压力而发生显着变化。因此，这些结构变化可能是非常有用的细胞状况标志物，尽管直到现在还没有检测和量化它们的好方法。

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称为低温电子断层扫描 (cryo-ET) 的显微技术的成像数据，该技术基本上使用电子而不是光对生物样本进行三维成像。研究人员

称之为“表面形态计量学工具包”，能够详细绘制和测量单个线粒体的结构元素。这包括内膜的弯曲和膜之间的间隙——所有重要线粒体和细胞事件的潜在有用标记。

“它使我们能够从根本上将我们可以从 cryo-ET 获得的美丽的线粒体 3-D 图片转化为灵敏的定量测量——例如，我们可以使用它来帮助确定疾病的详细机制，”Barad 说。

该团队展示了该工具包，当细胞受到内质网应激时，使用它绘制线粒体的结构细节，这是一种常见于神经退行性疾病的细胞应激。他们观察到关键的结构特征，如内膜的曲率，或内外膜之间的最小距离，在这种压力下发生了可测量的变化。

凭借新工具包的成功原理验证演示，Grotjahn 实验室现在将使用它来更详细地研究线粒体如何响应细胞压力或疾病、毒素、感染甚至药物引起的其他变化。

“例如，我们可以比较用药物处理过的细胞对线粒体的影响与对未处理线粒体的影响，”Medina 说。“而且这种方法不仅限于线粒体——我们还可以用它来研究细胞内的其他细胞器。”