使用蜻蜓共聚焦超快速成像在线粒体部门提高知识

线粒体是真核细胞细胞器，被认为是从真核细胞内的原核共生物演变而来的。由于它是细胞能量的来源，因此这种小细胞器对细胞和生物至关重要。除了其作为细胞的ATP生成单元的关键作用外，线粒体还具有其他重要的细胞功能在细胞信号传导，凋亡和细胞分化中。毫不奇怪，线粒体动力学缺陷会导致严重的疾病，例如神经退行性和心血管疾病，神经代谢疾病，癌症，肥胖等。

词汇表
DPR1	是线粒体膜分裂所需的动力蛋白GTPase
dynamin	是依赖网格蛋白依赖性内吞作用的关键GTPase
嗯	内质网
ETC	电子传输链
造型	蛋白质涉及肌动蛋白聚合。
imm	内部线粒体膜
INF2	倒立2是一种独特的形式，可以既可以聚合和解聚肌动蛋白丝。INF2突变引起肾脏疾病局灶性和节段性肾小球硬化。INF2可以表示为两个C末端剪接变体：CAAX和非CAAX。
inf2-caax	INF2-CAAX同工型紧密结合到内质网（ER）
离子霉素	是一种用于升高细胞内钙（Ca2+）的细菌离子载体，作为跨生物膜转运的工具。
KD	击倒
ko	昏死
latrunculin a	（LATA） - 肌动蛋白隔离分子
MCU	线粒体钙Uniporter是主要的线粒体膜蛋白，并且是大多数线粒体钙进入
MCU-KD	RNAi的MCU击倒。
线粒体	通过自噬对线粒体的选择性降解。
OMM	线粒体外膜。
thapsigargin	SERCA ATPase抑制剂可促进ER钙泄漏，从而从内质网中耗尽钙。
RNAi	RNA干扰

通过电子显微镜的线粒体图像表明，该细胞器具有特征性的双膜：与细胞质和内部线粒体膜（IMM）接触的线粒体外膜（OMM），该膜（IMM）被扔进cristae cristsae cristae cristae thep of Cristae的折叠。- 启动机械。显微镜的最新进展已转化为线粒体从静态和孤立的结构变为动态细胞器的感知，其构型在细胞中持续变化。

在细胞中，线粒体将其形态从小单个单位（在细胞分裂期间）转变为网状高含量网络（在细胞生长阶段）。线粒体动力学是高度调节和协调的裂变和融合事件的结果。¹融合是两个单独的线粒体融合混合其内容并成为一个实体的过程。裂变是线粒体的分裂。融合和裂变都是高度动态的控制过程，直到最近，详细的机制和分子参与者才开始被发现。毫不奇怪，融合和裂变时，当被脱离调节时都会引起线粒体疾病。因此，线粒体动力学的研究超出了基本生物学的范围，并伸出来了解疾病的分子基础。

研究表明，内质网（ER）错综复杂地放置在线粒体分裂位点。据信，ER形成了一个管子，该管接触并围绕线粒体促进促进预收缩步骤。²随后的步骤是裂变机械的组装和在外部线粒体膜（OMM）处的Dynamin家族GTPase DRP1的寡聚物构造（OMM）¹其GTP水解的地方提供了分裂线粒体的收缩力。肌动蛋白丝被证明是整个机制的重要介体。ER结合的倒蛋白2（INF2）是肌动蛋白聚合因子，其耗竭损害线粒体-er界面处的肌动蛋白聚合和线粒体裂变，从而导致线粒体细长。¹先前在HIGGS实验室中进行的研究表明，由ER结合的倒formin 2（INF2）驱动的肌动蛋白聚合促进了哺乳动物细胞中OMM的功能性DRP1募集和寡聚。^3,4但是，线粒体分裂由内部和外部线膜膜（IMM和OMM）的分区组成。几项研究涵盖了MITO-CHONDRIA分区中OMM的机制，但几乎没有研究IMM分裂的作用和机制。Rajarshi Chakrabarti博士和亨利·希格斯（Henry Higgs）实验室教授的同事的最新工作强调了线粒体部门的IMM的SIG-NALLING过程。⁵

图1-线粒体分裂的简化模型

先前显示的细胞质Ca增加²⁺会触发肌动蛋白聚合的爆发。这种细胞质钙增加可以由不同的刺激（例如离子霉素和组胺）驱动。考虑到这一点，作者想研究这种升高的CA的作用²⁺（胞质或线粒体）在线粒体分裂中。成像细胞间钙浓度将需要一个显微镜，该显微镜可以以极高的灵敏度以高速获取。作者选择了蜻蜓“由于能够获取高时间分辨率实时成像数据的能力”⁶

钙探针和超快速成像系统（Dragonfly）的组合为作者提供了破译细胞质，ER和线粒体中钙动力学的时间顺序及其与肌动蛋白丝形成的关系。获得的结果表明，在离子霉素或组胺刺激时，钙转移至线粒体基质完全来自ER储存。

同样，与先前的发现有关，作者询问了观察到的肌动蛋白爆发是否在线粒体钙的增加之前可能会驱动此信号传导。检验该假设的实验是用拉舌蛋白A（肌动蛋白聚合损害）对细胞的治疗，并用组胺或离子霉素刺激后测量线粒体基质钙尖峰。作者得出的结论是，线粒体钙进入所需的肌动蛋白爆发是：当肌动蛋白聚合受损时，线粒体钙的进入受到强烈抑制。

INF2是具有ER结合变体的肌动蛋白聚合蛋白：INF2-CAAX。希格斯实验室（Higgs Lab）预先证明了线粒体分裂需要INF2-CAAX，而在该分裂之前的肌动蛋白爆发是必需的。^3,4因此，作者研究了INF2-CAAX是否在线粒体钙尖峰中起作用。结论是，INF2对于刺激诱导的Mi-tooncondrial钙尖峰很重要。重要的是，ER定位是关键因素。此外，通过INF2的ER结合形式，肌动蛋白聚合物的化增强会增强ER-线粒体接触，随后会导致刺激诱导的线粒体钙的增加。

图2 -MCU抑制不会影响刺激诱导的肌动蛋白破裂，而是影响线粒体钙的进口。用安达尔蜻蜓进行成像显示，用离子霉素刺激的对照细胞显示肌动蛋白爆发和线粒体钙摄取，而MCU耗尽的细胞显示肌动蛋白爆发，但没有线粒体钙的摄取

作者观察到，离子霉素会导致线粒体收缩增加6.7倍。值得注意的是，这些收缩的时机与线粒体钙尖峰的时机相匹配。

由于DRP-1是OMM收缩所需的蛋白质，因此研究了离子霉素诱导的收缩的作用。事实证明，这些收缩不是由OMM或DRP1驱动的。因此，作者正处于在线粒体分裂过程中发现新机制的边缘。

使用MCU-KD细胞，作者观察到，离子霉素诱导的线粒体收缩的数量显着减少。线粒体膜动力学会引起线粒体限制吗？这个问题的答案是肯定的。研究人员走得更远，发现了功能电子传输链的要求，以触发内部线粒体膜收缩，这是完全线粒体分裂的启动事件。

图3-线粒体部门的模型。4,5,7,8图像由Chakrabarti博士提供

总之，超快速的成像和获取使得安多蜻蜓和Zyla 4.2 scmos相机使这些科学家能够阐明线粒体分裂的机制。我们现在知道，除了DRP-1在促进外部线粒体软骨膜的收缩和分裂中的作用外，还有一种新发现的机制，可以促进内部线粒体膜的收缩，并且该过程由内聚合核钙信号传导驱动。

参考书目

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