05 января 2024 г.
(Nanowerk В центре внимания) Ученые уже давно пытаются расшифровать сложную связь между клеточными органеллами, которая регулирует практически все аспекты здоровья и болезней человека. Митохондрии и лизосомы взаимодействуют через временные «места контакта», обмениваясь жизненно важными ионами и молекулами, которые контролируют процессы от старения до рака. Однако наноразмеры и эфемерная природа этих участков мешают пониманию того, как вещества движутся между органеллами, препятствуя попыткам манипулировать этими перекрестными помехами в терапевтических целях.
Теперь, как сообщается в недавней статье в Малые структуры (“Ion Monitoring at Nanoscale Sites of Interorganelle Membrane Contact in Living Cells”), исследователи объединили микроскопию сверхвысокого разрешения и специальные ионные биосенсоры для отслеживания изменений pH между митохондриями и лизосомами во время их микросекундных контактов. Работа представляет первую видеозапись в высоком разрешении потока ионов между органеллами, а также демонстрирует платформу для скрининга лекарств, которые модулируют этот обмен.
Новая техника обещает пролить свет на давние загадки межорганелльного взаимодействия и того, как оно управляет судьбой клеток. Это может обеспечить беспрецедентный контроль над обменом сообщениями между клеточными компартментами для диагностики и лечения заболеваний следующего поколения.
Конструкция и оптические характеристики H+ чувствительный зонд BDP-RhB. а) Схематическая диаграмма конструкции BDP-RhB для преобразования флуоресценции на основе FRET в лизосомах. б – Спектры флуоресценции зонда BDP-RhB (10.0 мкМ) в растворах с различными значениями pH (3–10). в) Соотношение интенсивности флуоресценции I582/I518 относительно значения pH. (Перепечатано с разрешения Wiley-VCH Verlag)
Взлом коммуникационного кода органелл
Будучи электростанциями организма, снабжающими энергией клеточные процессы, митохондрии должны тесно координировать свои действия с пищеварительными органеллами, такими как лизосомы, которые разлагают и перерабатывают биомолекулы. Контакты, обеспечивающие эти перекрестные помехи, сохраняются всего от микросекунд до миллисекунд, что препятствует попыткам уловить динамику их сигналов. Такие методы, как флуоресцентная микроскопия, позволяют помечать органеллы красителями, которые меняют цвет в ответ на ионы, такие как pH-чувствительный H.+. Но обычным оптическим микроскопам не хватает пространственного и временного разрешения для визуализации наноразмерных контактов и быстрых переходных сигналов. В то время как микроскопы со сверхвысоким разрешением и высокоскоростные микроскопы теперь могут различать границы органелл, специализированных детекторов ионов не хватает, чтобы отслеживать быстрое химическое взаимодействие в этих точках контакта.Соединение точек с помощью специализированных ионных трекеров
Чтобы восполнить этот пробел, совместная исследовательская группа из Китая разработала H+ индикаторный краситель, флуоресцирующий зеленым или красным в зависимости от изменения pH. Присоединив этот краситель «FRET» к лизосомам, группа обнаружила набухание и повышенную кислотность этих органелл при контакте с митохондриями. Это говорит о том, что Х+ ионы могут переходить из митохондрий в лизосомы во время их микросекундного встречи. Примечательно, что исследователи визуализировали живые клетки на «микроскопе со структурированной подсветкой» (SIM), разрешение которого превышает обычные пределы разрешения в 2 раза. Снимая 12 кадров в секунду, SIM предоставила первые наноразмерные видеоролики органелл, взаимодействующих в живых системах. Количественная оценка изменений флуоресцентных соотношений специального pH-красителя позволила впервые измерить закисление органелл и перекрестные помехи между органеллами.Скрининговые препараты для перехвата сообщений органелл
Помимо выяснения основ биологии межорганелльного взаимодействия, исследователи разработали автоматизированный алгоритм анализа изображений для отбора кандидатов на лекарства, влияющих на H.+ обмен между митохондриями и лизосомами. Алгоритм классифицировал клеточные изображения на основе соотношений флуоресцентных красителей и колокализации органелл, быстро определяя количественные изменения pH и состояния контакта. При скрининге группы препаратов, способствующих аутофагии, апоптозу и некрозу, алгоритм успешно стратифицировал соединения, которые, как ожидается, будут увеличивать или уменьшать закисление органелл. Дальнейшая оптимизация машинного обучения может привести к тому, что такие платформы визуализации будут адаптированы к высокопроизводительным кампаниям по скринингу наркотиков.Освещение роли обмена сообщениями органелл при заболеваниях
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.
By
Майкл
Бергер
- Майкл является автором трех книг Королевского химического общества:
Нано-общество: раздвигая границы технологий,
Нанотехнология: будущее крошечнои
Наноинженерия: навыки и инструменты, делающие технологию невидимой
Все права защищены ©
ООО «Нановерк»
Станьте приглашенным автором Spotlight! Присоединяйтесь к нашей большой и растущей группе приглашенные участники. Вы только что опубликовали научную статью или хотите поделиться другими интересными событиями с сообществом нанотехнологов? Вот как опубликовать на nanowerk.com.
- SEO-контент и PR-распределение. Получите усиление сегодня.
- PlatoData.Network Вертикальный генеративный ИИ. Расширьте возможности себя. Доступ здесь.
- ПлатонАйСтрим. Интеллект Web3. Расширение знаний. Доступ здесь.
- ПлатонЭСГ. Углерод, чистые технологии, Энергия, Окружающая среда, Солнечная, Управление отходами. Доступ здесь.
- ПлатонЗдоровье. Биотехнологии и клинические исследования. Доступ здесь.
- Источник: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64354.php
- :имеет
- :является
- 10
- 12
- 31
- 32
- 7
- 8
- a
- способность
- Действие
- фактического соединения
- адаптированный
- старение
- алгоритм
- Все
- разрешено
- an
- анализ
- и
- МЫ
- около
- AS
- аспекты
- At
- автор
- Автоматизированный
- b
- Баланс
- основанный
- основной
- BE
- было
- за
- Бергер
- между
- Beyond
- биология
- биомедицинских
- пустой
- Книги
- Границы
- МОСТ
- но
- by
- Кампании
- CAN
- рак
- кандидатов
- захватить
- Захват
- ячейка
- Клетки
- сотовый
- Центр
- изменения
- химический
- химия
- Китай
- классифицированный
- тесно
- закодированы
- цвет
- сочетании
- общаться
- общение
- Связь
- сообщество
- комплекс
- понятый
- обращайтесь
- контакты
- контроль
- обычный
- Конверсия
- координировать
- может
- изготовленный на заказ
- Время
- снижение
- демонстрирующий
- в зависимости
- развернуть
- Проект
- развитый
- события
- диагностика
- различный
- размеры
- Болезнь
- расстройства
- наркотик
- Наркотики
- в течение
- динамика
- Рано
- усилия
- включить
- позволяет
- окончания поездки
- энергетика
- расширение
- Эпоха
- ошибки
- События
- превышает
- обмена
- обмена
- захватывающий
- существующий
- ожидаемый
- БЫСТРО
- судьба
- экранизация
- Во-первых,
- Впервые
- поток
- текущий
- Что касается
- от
- функционирование
- далее
- будущее
- разрыв
- поколение
- поколения
- GIF
- Управляет
- Зелёная
- группы
- Рост
- GUEST
- Есть
- Медицина
- High
- высокой четкости
- Как
- How To
- HTTPS
- Хабы
- человек
- освещать
- изображение
- анализ изображения
- изображений
- Изображениями
- последствия
- in
- Увеличение
- Индикаторные
- влияющий
- взаимодействовать
- IT
- присоединиться
- совместная
- JPG
- всего
- Сохранить
- Отсутствие
- недостающий
- большой
- ведущий
- изучение
- Освещение
- такое как
- рамки
- жить
- жизнью
- логотип
- Длинное
- многолетняя
- машина
- обучение с помощью машины
- Создание
- Май..
- измеренный
- обмен сообщениями
- Майкл
- Микроскопия
- средняя
- миллисекунды
- миллисекунды
- минут
- Митохондрии
- Мониторинг
- много
- должен
- имя
- нанотехнологии
- природа
- некроз
- нейродегенеративные
- Новые
- Новая Платформа
- следующий
- особенно
- сейчас
- наблюдается
- of
- on
- оптимизация
- or
- Другое
- наши
- за
- панель
- бумага & картон
- путь
- для
- разрешение
- PHP
- Новаторская
- растений
- Платформа
- Платформы
- Платон
- Платон Интеллектуальные данные
- ПлатонДанные
- пунктов
- мощностью
- электростанции
- зонд
- Процессы
- глубокий
- Обещает
- Белки
- при условии
- публиковать
- опубликованный
- издатель
- Нажимать
- быстро
- быстро
- скорее
- соотношение
- последний
- Red
- остатки
- Сообщается
- представлять
- исследованиям
- исследователи
- Постановления
- решение
- решения
- ответ
- отзывчивый
- Показали
- Роли
- королевский
- научный
- Ученые
- экран
- скрининг
- Во-вторых
- посмотреть
- Поделиться
- сигналы
- SIM
- одинарной
- Сайтов
- навыки
- плавно
- Общество
- Решения
- искать
- пространственный
- специалист
- скорость
- Прожектор
- Области
- Успешно
- такие
- предлагать
- Предлагает
- поставка
- Коммутатор
- системы
- цель
- направлены
- команда
- техника
- снижения вреда
- технологии
- Технологии
- чем
- который
- Ассоциация
- Будущее
- их
- тогда
- Терапевтический
- Эти
- этой
- три
- Через
- по всему
- пропускная способность
- время
- в
- инструменты
- трек
- трекеры
- трафик
- перевод
- лечение
- понимание
- беспрецедентный
- Представляет
- Updates
- URL
- ценностное
- Наши ценности
- различный
- Против
- Видео
- фактически
- визуализации
- жизненный
- Путь..
- ЧТО Ж
- когда
- который
- в то время как
- Работа
- еще
- являетесь
- ВАШЕ
- зефирнет