05년 2024월 XNUMX일
(나노 워크 스포트라이트) 과학자들은 인간의 건강과 질병의 거의 모든 측면을 조절하는 세포 소기관 간의 복잡한 통신을 오랫동안 해독하려고 노력해 왔습니다. 미토콘드리아와 리소좀은 일시적인 "접촉 부위"를 통해 상호 작용하여 노화에서 암까지의 과정을 제어하는 필수 이온과 분자를 교환합니다. 그러나 이러한 부위의 나노 규모 크기와 일시적인 특성으로 인해 세포 소기관 사이에서 물질이 어떻게 흐르는지에 대한 이해가 방해를 받아 치료 목적을 위해 이러한 누화를 조작하려는 노력이 방해를 받았습니다. 이제 최근 논문에 보고된 바와 같이 소형 구조물 (“살아있는 세포 내 세포소기관간 막 접촉의 나노규모 현장에서의 이온 모니터링”), 연구자들은 마이크로초 접촉 동안 미토콘드리아와 리소좀 사이의 pH 변화를 추적하기 위해 초고해상도 현미경과 특수 제작된 이온 바이오센서를 결합했습니다. 이 연구는 세포소기관 사이에 흐르는 이온의 최초의 고화질 영상을 공개하는 동시에 이러한 교환을 조절하는 약물을 스크리닝하는 플랫폼을 시연합니다. 새로운 기술은 세포소기관 간 통신과 그것이 세포의 운명을 어떻게 지배하는지에 대한 오랜 미스터리를 밝힐 것을 약속합니다. 이를 통해 차세대 진단 및 질병 치료를 위한 세포 구획 간의 메시징을 전례 없이 제어할 수 있습니다.
H의 설계 및 광학 특성+ 반응성 프로브 BDP-RhB. a) 리소좀에서 FRET 기반 형광 전환을 위한 BDP-RhB 설계의 개략도. b) 다양한 pH 값(10.0~3)을 갖는 용액에서 프로브 BDP-RhB(10μM)의 형광 스펙트럼. c) 형광 강도 I 사이의 비율582/I518 대 pH 값. (Wiley-VCH Verlag의 허가를 받아 재인쇄됨)
소기관 통신 코드 해독
세포 과정에 에너지를 공급하는 신체의 발전소인 미토콘드리아는 생체분자를 분해하고 재활용하는 리소좀과 같은 소화 기관과 긴밀하게 협력해야 합니다. 이 누화를 가능하게 하는 접점은 마이크로초에서 밀리초 동안 지속되어 신호 역학을 캡처하려는 노력을 방해합니다. 형광 현미경과 같은 기술을 사용하면 pH에 민감한 H와 같은 이온에 반응하여 색상을 전환하는 염료로 소기관 태깅이 가능해집니다.+. 그러나 기존의 광학 현미경에는 나노 규모 접촉과 빠른 과도 신호를 시각화할 수 있는 공간적, 시간적 해상도가 부족합니다. 초고해상도 및 고속 현미경은 이제 소기관 경계를 확인할 수 있지만, 특수 제작된 이온 검출기는 이러한 접촉점에서 빠른 화학적 상호작용을 추적하기에는 부족했습니다.전문 이온 추적기로 점들을 연결하세요
이러한 격차를 해소하기 위해 중국의 공동 연구팀은 H를 개발했습니다.+ pH 변화에 따라 녹색 또는 빨간색으로 형광을 발하는 지시약입니다. 이 "FRET" 염료를 리소좀을 표적으로 삼아 결합시키면, 미토콘드리아와 접촉할 때 이 세포 소기관의 부종과 산성도가 강화되는 것으로 나타났습니다. 이는 H를 시사한다.+ 이온은 마이크로초 동안 랑데뷰하는 동안 미토콘드리아에서 리소좀으로 이동할 수 있습니다. 특히 연구진은 기존 해상도 한계를 2배 이상 초과하는 "구조화 조명 현미경"(SIM)으로 살아있는 세포를 이미지화했습니다. 초당 12프레임을 캡처하는 SIM은 살아있는 시스템에서 통신하는 세포 소기관에 대한 최초의 나노 규모 비디오를 제공했습니다. 맞춤형 pH 염료의 형광 비율 변화를 정량화하면 소기관 산성화와 소기관 간 누화를 처음으로 측정할 수 있었습니다.소기관 메시지를 차단하기 위한 약물 스크리닝
연구진은 세포소기관 통신의 기본 생물학을 설명할 뿐만 아니라 H에 영향을 미치는 약물 후보를 선별하기 위한 자동화된 이미지 분석 알고리즘을 개발했습니다.+ 미토콘드리아와 리소좀 사이의 교환. 이 알고리즘은 형광 염료 비율과 소기관 공동화를 기반으로 세포 이미지를 분류하여 pH 변화와 접촉 상태를 신속하게 정량화합니다. 자가포식, 세포사멸 및 괴사 경로 약물 패널을 스크리닝할 때 알고리즘은 소기관 산성화를 증가시키거나 감소시킬 것으로 예상되는 화합물을 성공적으로 계층화했습니다. 추가적인 기계 학습 최적화를 통해 높은 처리량의 약물 스크리닝 캠페인에 적합한 이미징 플랫폼을 볼 수 있습니다.질병에서 세포소기관 메시지의 역할 조명
이번 연구는 생물의학 연구를 위한 도구를 넘어서 세포 소기관의 접촉이 건강과 질병 사이의 균형을 어떻게 조절하는지 설명하는 데 심오한 의미를 갖습니다. 연구자들은 손상된 산성화와 연장된 미토콘드리아-리소좀 접촉이 암과 신경퇴행성 장애로 이어지는 초기 병원성 사건을 나타낼 수 있다고 제안합니다. 세포소기관 사이에 접촉점이 형성되었다가 용해되는 것이 관찰되었지만 기존 이미징은 실제 신호 이벤트보다 몇 분 뒤쳐졌습니다. 밀리초 프레임으로 이온 플럭스를 포착함으로써 새로운 플랫폼은 세포 소기관이 어떻게 통신하여 세포가 원활하게 기능하는지를 노출할 것을 약속합니다. 그리고 이 암호화된 교환의 오류가 어떻게 재앙을 촉발하는지. 이러한 파악하기 힘든 접촉을 실제로 촬영하는 것 외에도 누화를 약리학적으로 조작하는 능력은 단일 단백질을 조잡하게 표적으로 삼는 것이 아니라 소기관 메시징에 의해 고안된 새로운 세대의 이온 조절 약물을 촉진할 수 있습니다. 세포 전체의 다양한 세포 소기관 통신 허브에 배치된 방언을 해독하기 위한 훨씬 더 많은 작업이 남아 있습니다. 그러나 이러한 트래픽을 중재하는 나노 수준의 특사를 해결함으로써 이와 같은 선구적인 기술이 길을 밝히고 있습니다.
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마이클
버거
– Michael은 Royal Society of Chemistry에서 다음 세 권의 책을 저술했습니다.
나노 사회 : 기술의 경계를 넓히다,
나노 기술 : 미래는 작다및
나노 엔지니어링 : 기술을 보이지 않게하는 기술과 도구
저작권 ©
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