05. januar 2024
(Nanowerk Spotlight) Forskere har længe søgt at afkode den komplekse kommunikation mellem cellulære organeller, der regulerer stort set alle aspekter af menneskers sundhed og sygdom. Mitokondrier og lysosomer interagerer gennem forbigående "kontaktsteder" og udveksler vitale ioner og molekyler, der styrer processer fra aldring til kræft. Alligevel har disse steders nanoskaladimensioner og flygtige natur forhindret forståelsen af, hvordan stoffer flyder mellem organeller, hvilket hæmmer bestræbelserne på at manipulere denne krydstale til terapeutiske formål. Nu, som rapporteret i en nylig avis i Små strukturer (“Ion Monitoring at Nanoscale Sites of Interorganelle Membrane Contact in Living Cells”), har forskere kombineret superopløsningsmikroskopi og specialbyggede ionbiosensorer for at spore pH-ændringer mellem mitokondrier og lysosomer under deres mikrosekundkontakter. Værket afslører de første high-definition-optagelser af ioner, der flyder mellem organeller, mens de demonstrerer en platform til at screene lægemidler, der modulerer denne udveksling. Den nye teknik lover at belyse de mangeårige mysterier omkring interorganelle kommunikation og hvordan den styrer celleskæbne. Dette kunne muliggøre hidtil uset kontrol over meddelelsen mellem cellulære rum til næste generations diagnostik og sygdomsbehandlinger.
Design og optisk karakterisering af H+ responsiv sonde BDP-RhB. a) Skematisk diagram af designet af BDP-RhB til FRET-baseret fluorescenskonvertering i lysosomer. b) Fluorescensspektre af probe BDP-RhB (10.0 µM) i opløsninger med forskellige pH-værdier (3-10). c) Forholdet mellem fluorescensintensitet I582/I518 kontra pH-værdi. (Genoptrykt med tilladelse af Wiley-VCH Verlag)
Knækker organellens kommunikationskode
Som kroppens kraftværker, der leverer energi til cellulære processer, skal mitokondrier nøje koordinere med fordøjelsesorganeller som lysosomer, der nedbryder og genbruger biomolekyler. Kontakterne, der muliggør denne krydstale, fortsætter i blot mikrosekunder til millisekunder, hvilket forhindrer bestræbelser på at fange deres signaleringsdynamik. Teknikker som fluorescensmikroskopi tillader organelmærkning med farvestoffer, der skifter farve som reaktion på ioner som pH-følsomt H+. Men konventionelle optiske mikroskoper mangler den rumlige og tidsmæssige opløsning til at visualisere nanoskala kontakter og hurtige transiente signaler. Mens superopløsnings- og højhastighedsmikroskoper nu kan løse organelgrænser, har specialbyggede iondetektorer manglet til at spore det hurtige kemiske samspil ved disse kontaktpunkter.Sammenføjning af prikkerne med specialiserede ion-trackere
For at bygge bro over dette hul udviklede et fælles forskerhold fra Kina en H+ indikatorfarve, der fluorescerer grønt eller rødt afhængigt af pH-ændringer. Konjugering af dette "FRET" farvestof til at målrette lysosomer, afslørede gruppen hævelse og øget surhed i disse organeller, når de kom i kontakt med mitokondrier. Dette antyder H+ ioner kan overføres fra mitokondrier til lysosomer under deres mikrosekunds rendezvous. Navnlig afbildede forskerne levende celler på et "struktureret belysningsmikroskop" (SIM), som overskrider konventionelle opløsningsgrænser med 2 gange. SIM indfangede 12 billeder i sekundet og leverede de første nanoskalavideoer af organeller, der kommunikerer i levende systemer. Kvantificering af ændringer i fluorescensforhold for det brugerdefinerede pH-farvestof gjorde det muligt for første gang at måle organelforsuring og interorganelkrydsning.Screening af lægemidler for at opsnappe organelmeddelelser
Ud over at belyse den grundlæggende biologi af interorganel kommunikation, udviklede forskerne en automatiseret billedanalysealgoritme til at screene lægemiddelkandidater, der påvirker H+ udveksling mellem mitokondrier og lysosomer. Algoritmen klassificerede cellulære billeder baseret på fluorescerende farveforhold og organelkolokalisering, hvilket hurtigt kvantificerede pH-ændringer og kontakttilstande. Ved screening af et panel af lægemidler til autofagi, apoptose og nekroseveje, stratificerede algoritmen med succes forbindelser, der forventes at øge eller mindske organelleforsuring. Yderligere maskinlæringsoptimering kunne se, at sådanne billeddannelsesplatforme er tilpasset til lægemiddelscreeningskampagner med høj kapacitet.Belysning af organellernes rolle i sygdom
Beyond tools for biomedical research, the work has profound implications for elucidating how organelle contacts control the balance between health and disease. The researchers suggest impaired acidification and elongated mitochondria-lysosome contacts may represent early pathogenic events leading to cancer and neurodegenerative disorders. While contact points have been observed forming then dissolving between organelles, existing imaging lagged minutes behind the actual signaling events. By capturing ion fluxes with millisecond frames, the new platform promises to expose how organelles communicate to keep cells functioning smoothly; and how errors in this coded exchange triggers catastrophe. As well as filming these elusive contacts in action, the ability to pharmacologically manipulate crosstalk could spur new generations of ion modulating drugs – conceived by organelle messaging rather than crudely targeting single proteins. Much further work remains to decode the dialects deployed at different organelle communication hubs throughout the cell. But by resolving the nanoscopic envoys that mediate this traffic, pioneering technologies like this are lighting the way.
– Michael er forfatter til tre bøger af Royal Society of Chemistry:
Nanosamfund: At flytte teknologiens grænser,
Nanoteknologi: Fremtiden er lilleog
Nanoengineering: De færdigheder og værktøjer, der gør teknologi usynlig
Copyright ©
Nanowerk LLC
Bliv en Spotlight-gæsteforfatter! Slut dig til vores store og voksende gruppe af gæstebidragydere. Har du lige udgivet en videnskabelig artikel eller har du andre spændende udviklinger at dele med nanoteknologisamfundet? Sådan udgiver du på nanowerk.com.
- SEO Powered Content & PR Distribution. Bliv forstærket i dag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrk dig selv. Adgang her.
- PlatoAiStream. Web3 intelligens. Viden forstærket. Adgang her.
- PlatoESG. Kulstof, CleanTech, Energi, Miljø, Solenergi, Affaldshåndtering. Adgang her.
- PlatoHealth. Bioteknologiske og kliniske forsøgs intelligens. Adgang her.
- Kilde: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64354.php
- :har
- :er
- 10
- 12
- 31
- 32
- 7
- 8
- a
- evne
- Handling
- faktiske
- tilpasset
- Aging
- algoritme
- Alle
- tilladt
- an
- analyse
- ,
- ER
- omkring
- AS
- aspekter
- At
- forfatter
- Automatiseret
- b
- Balance
- baseret
- grundlæggende
- BE
- været
- bag
- Berger
- mellem
- Beyond
- biologi
- biomedicinsk
- blank
- Bøger
- grænser
- BRIDGE
- men
- by
- Kampagner
- CAN
- Kræft
- kandidater
- fange
- Optagelse
- celle
- Celler
- cellulære
- center
- Ændringer
- kemikalie
- kemi
- Kina
- klassificeret
- nøje
- kodet
- farve
- kombineret
- kommunikere
- kommunikere
- Kommunikation
- samfund
- komplekse
- undfanget
- kontakt
- kontakter
- kontrol
- konventionelle
- Konvertering
- koordinere
- kunne
- skik
- Dato
- falde
- demonstrerer
- Afhængigt
- indsat
- Design
- udviklet
- udvikling
- diagnostik
- forskellige
- størrelse
- Sygdom
- lidelser
- medicin
- Narkotika
- i løbet af
- dynamik
- Tidligt
- indsats
- muliggøre
- muliggør
- ender
- energi
- forbedret
- Era
- fejl
- begivenheder
- overstiger
- udveksling
- udveksling
- spændende
- eksisterende
- forventet
- FAST
- skæbne
- filme
- Fornavn
- første gang
- flow
- Flowing
- Til
- fra
- fungerer
- yderligere
- fremtiden
- kløft
- generation
- generationer
- gif
- regulerer
- Grøn
- gruppe
- Dyrkning
- Gæst
- Have
- Helse
- Høj
- høj opløsning
- Hvordan
- How To
- HTTPS
- Hubs
- menneskelig
- belyse
- billede
- billedanalyse
- billeder
- Imaging
- implikationer
- in
- Forøg
- Indikator
- påvirke
- interagere
- IT
- deltage
- fælles
- jpg
- lige
- Holde
- Mangel
- mangler
- stor
- førende
- læring
- Belysning
- ligesom
- grænser
- leve
- levende
- logo
- Lang
- mangeårige
- maskine
- machine learning
- Making
- Kan..
- målt
- messaging
- Michael
- Mikroskopi
- Mellemøsten
- millisekund
- millisekunder
- minutter
- Mitokondrier
- overvågning
- meget
- skal
- navn
- nanoteknologi
- Natur
- nekrose
- neurodegenerativ
- Ny
- Ny platform
- næste
- især
- nu
- observeret
- of
- on
- optimering
- or
- Andet
- vores
- i løbet af
- panel
- Papir
- pathway
- per
- tilladelse
- PHP
- Banebrydende
- planter
- perron
- Platforme
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatoData
- punkter
- magt
- kraftværker
- sonde
- Processer
- dyb
- Promises
- Proteiner
- forudsat
- offentliggøre
- offentliggjort
- forlægger
- Pushing
- hurtige
- hurtigt
- hellere
- forholdet
- nylige
- Rød
- resterne
- rapporteret
- repræsentere
- forskning
- forskere
- Løsning
- løse
- løse
- svar
- lydhør
- Revealed
- roller
- Royal
- videnskabelig
- forskere
- Skærm
- screening
- Anden
- se
- Del
- signaler
- JA
- enkelt
- Websteder
- færdigheder
- glat
- Samfund
- Løsninger
- søgte
- rumlige
- specialist
- hastighed
- Spotlight
- Stater
- Succesfuld
- sådan
- tyder
- foreslår
- forsyne
- Kontakt
- Systemer
- mål
- rettet mod
- hold
- teknik
- teknikker
- Teknologier
- Teknologier
- end
- at
- Fremtiden
- deres
- derefter
- Terapeutisk
- Disse
- denne
- tre
- Gennem
- hele
- kapacitet
- tid
- til
- værktøjer
- spor
- trackers
- Trafik
- overførsel
- behandlinger
- forståelse
- uden fortilfælde
- Løfter sløret
- opdateringer
- URL
- værdi
- Værdier
- forskellige
- versus
- Videoer
- næsten
- Visualiser
- afgørende
- Vej..
- GODT
- hvornår
- som
- mens
- med
- Arbejde
- endnu
- dig
- Din
- zephyrnet