05 januari 2024
(Nanowerk Spotlight) Forskare har länge försökt avkoda den komplexa kommunikationen mellan cellulära organeller som reglerar praktiskt taget alla aspekter av människors hälsa och sjukdomar. Mitokondrier och lysosomer interagerar genom övergående "kontaktplatser" och utbyter vitala joner och molekyler som styr processer från åldrande till cancer. Ändå har de nanoskala dimensionerna och den tillfälliga naturen hos dessa platser hindrat förståelsen av hur ämnen flyter mellan organeller, vilket hindrar ansträngningarna att manipulera denna överhörning för terapeutiska syften. Nu, som rapporterats i en ny tidning i Små strukturer ("Jonövervakning på nanoskala platser för interorganell membrankontakt i levande celler"), har forskare kombinerat superupplösningsmikroskopi och specialbyggda jonbiosensorer för att spåra pH-förändringar mellan mitokondrier och lysosomer under deras mikrosekundskontakter. Arbetet avslöjar de första högupplösta bilderna av joner som flödar mellan organeller, samtidigt som de demonstrerar en plattform för att screena läkemedel som modulerar detta utbyte. Den nya tekniken lovar att belysa de långvariga mysterierna kring interorganellkommunikation och hur den styr cellöden. Detta kan möjliggöra oöverträffad kontroll över meddelandena mellan cellulära fack för nästa generations diagnostik och sjukdomsbehandlingar.
Design och optisk karakterisering av H+ känslig sond BDP-RhB. a) Schematiskt diagram över designen av BDP-RhB för FRET-baserad fluorescensomvandling i lysosomer. b) Fluorescensspektra för sond BDP-RhB (10.0 µM) i lösningar med olika pH-värden (3–10). c) Förhållandet mellan fluorescensintensitet I582/I518 kontra pH-värdet. (Återtryckt med tillstånd av Wiley-VCH Verlag)
Knäcker organellens kommunikationskod
Som kroppens kraftverk som levererar energi för cellulära processer, måste mitokondrier nära koordinera med matsmältningsorganeller som lysosomer som bryter ned och återvinner biomolekyler. Kontakterna som möjliggör denna överhörning kvarstår i bara mikrosekunder till millisekunder, vilket omintetgör ansträngningar att fånga deras signaleringsdynamik. Tekniker som fluorescensmikroskopi tillåter organellmärkning med färgämnen som byter färg som svar på joner som pH-känsligt H+. Men konventionella optiska mikroskop saknar den rumsliga och tidsmässiga upplösningen för att visualisera kontakter i nanoskala och snabba transienta signaler. Medan superupplösning och höghastighetsmikroskop nu kan lösa organellgränser, har specialbyggda jondetektorer saknats för att spåra det snabba kemiska samspelet vid dessa kontaktpunkter.Sammanfoga prickarna med specialiserade jonspårare
För att överbrygga denna klyfta utvecklade ett gemensamt forskarteam från Kina en H+ indikatorfärgämne som fluorescerar grönt eller rött beroende på pH-förändringar. Konjugering av detta "FRET"-färgämne för att rikta lysosomer, avslöjade gruppen svullnad och förbättrad surhet i dessa organeller när de kom i kontakt med mitokondrier. Detta antyder H+ joner kan överföras från mitokondrier till lysosomer under deras mikrosekundsträff. Särskilt avbildade forskarna levande celler på ett "strukturerat belysningsmikroskop" (SIM) som överskrider konventionella upplösningsgränser med två gånger. SIM fångade 2 bilder per sekund och gav de första nanoskaliga videorna av organeller som kommunicerade i levande system. Kvantifiering av förändringar i fluorescensförhållanden för det anpassade pH-färgämnet gjorde det möjligt att mäta organellförsurning och interorganellöverhörning för första gången.Screening av droger för att fånga upp organellmeddelanden
Förutom att belysa den grundläggande biologin för interorganellkommunikation, utvecklade forskarna en automatiserad bildanalysalgoritm för att screena läkemedelskandidater som påverkar H+ utbyte mellan mitokondrier och lysosomer. Algoritmen klassificerade cellulära bilder baserat på fluorescerande färgförhållanden och organellkolokalisering, kvantifierade snabbt pH-förändringar och kontakttillstånd. Vid screening av en panel av läkemedel mot autofagi, apoptos och nekros, stratifierade algoritmen framgångsrikt föreningar som förväntas öka eller minska organellförsurning. Ytterligare maskininlärningsoptimering skulle kunna se sådana bildplattformar anpassade till läkemedelsscreeningskampanjer med hög genomströmning.Belyser rollen av organellmeddelanden i sjukdom
Utöver verktyg för biomedicinsk forskning har arbetet djupgående implikationer för att belysa hur organellkontakter styr balansen mellan hälsa och sjukdom. Forskarna föreslår nedsatt försurning och långsträckta mitokondrier-lysosomkontakter kan representera tidiga patogena händelser som leder till cancer och neurodegenerativa störningar. Medan kontaktpunkter har observerats bildas och sedan lösas upp mellan organeller, släpade befintlig bildbehandling minuter efter de faktiska signalhändelserna. Genom att fånga jonflöden med millisekundsramar lovar den nya plattformen att avslöja hur organeller kommunicerar för att hålla cellerna fungerande smidigt; och hur fel i detta kodade utbyte utlöser katastrof. Förutom att filma dessa svårfångade kontakter i aktion, kan förmågan att farmakologiskt manipulera överhörning sporra nya generationer av jonmodulerande läkemedel – skapade av organellmeddelanden snarare än att grovt rikta in sig på enskilda proteiner. Mycket ytterligare arbete återstår för att avkoda dialekterna som används vid olika organellkommunikationsnav i hela cellen. Men genom att lösa de nanoskopiska sändebuden som förmedlar denna trafik, är banbrytande teknologier som denna vägen.
– Michael är författare till tre böcker av Royal Society of Chemistry:
Nano-Society: Pushing the Boundsaries of Technology,
Nanoteknologi: Framtiden är litenoch
Nanoengineering: Färdigheterna och verktygen för att göra tekniken osynlig
Copyright ©
Nanowerk LLC
Bli en Spotlight-gästförfattare! Gå med i vår stora och växande grupp gäst bidragsgivare. Har du precis publicerat en vetenskaplig uppsats eller har någon annan spännande utveckling att dela med nanoteknologinsamhället? Så här publicerar du på nanowerk.com.
- SEO-drivet innehåll och PR-distribution. Bli förstärkt idag.
- PlatoData.Network Vertical Generative Ai. Styrka dig själv. Tillgång här.
- PlatoAiStream. Web3 Intelligence. Kunskap förstärkt. Tillgång här.
- Platoesg. Kol, CleanTech, Energi, Miljö, Sol, Avfallshantering. Tillgång här.
- PlatoHealth. Biotech och kliniska prövningar Intelligence. Tillgång här.
- Källa: https://www.nanowerk.com/spotlight/spotid=64354.php
- : har
- :är
- 10
- 12
- 31
- 32
- 7
- 8
- a
- förmåga
- Handling
- faktiska
- anpassat
- Åldrande
- algoritm
- Alla
- tillåts
- an
- analys
- och
- ÄR
- runt
- AS
- aspekter
- At
- Författaren
- Automatiserad
- b
- Balansera
- baserat
- grundläggande
- BE
- varit
- bakom
- Berger
- mellan
- Bortom
- biologi
- biomedicinsk
- blank
- Böcker
- gränser
- BRO
- men
- by
- Kampanjer
- KAN
- Cancer
- kandidater
- fånga
- Fångande
- cellen
- Celler
- cellulär
- Centrum
- Förändringar
- kemisk
- kemi
- Kina
- klassificerad
- nära
- kodad
- färg
- kombinerad
- kommunicera
- kommunicera
- Kommunikation
- samfundet
- komplex
- uttänkt
- kontakta
- kontakter
- kontroll
- konventionell
- Konvertering
- samordna
- kunde
- beställnings
- Datum
- minskning
- demonstrera
- beroende
- utplacerade
- Designa
- utvecklade
- utvecklingen
- diagnostik
- olika
- dimensioner
- Sjukdom
- störningar
- drog
- Läkemedel
- under
- Dynamiken
- Tidig
- ansträngningar
- möjliggöra
- möjliggör
- slutar
- energi
- förbättrad
- Era
- fel
- händelser
- överstiger
- utbyta
- utbyte
- spännande
- befintliga
- förväntat
- SNABB
- ödet
- filmning
- Förnamn
- första gången
- flöda
- Strömmande
- För
- från
- funktion
- ytterligare
- framtida
- spalt
- generering
- generationer
- gif
- reglerar
- Grön
- Grupp
- Odling
- Gäst
- Har
- Hälsa
- Hög
- högupplöst
- Hur ser din drömresa ut
- How To
- HTTPS
- hubbar
- humant
- belysa
- bild
- bildanalys
- bilder
- Imaging
- implikationer
- in
- Öka
- Indikator
- påverka
- interagera
- IT
- delta
- gemensam
- jpg
- bara
- Ha kvar
- Brist
- saknas
- Large
- ledande
- inlärning
- Belysning
- tycka om
- gränser
- lever
- levande
- logotyp
- Lång
- långvarig
- Maskinen
- maskininlärning
- Framställning
- Maj..
- mätt
- meddelandehantering
- Michael
- Mikroskopi
- Mitten
- millisekund
- millisekunder
- minuter
- mitokondrier
- övervakning
- mycket
- måste
- namn
- nanoteknologi
- Natur
- nekros
- neurodegenerativ
- Nya
- Ny plattform
- Nästa
- i synnerhet
- nu
- observerad
- of
- on
- optimering
- or
- Övriga
- vår
- över
- panel
- Papper
- väg
- för
- tillstånd
- PHP
- Banbrytande
- växter
- plattform
- Plattformar
- plato
- Platon Data Intelligence
- PlatonData
- poäng
- kraft
- kraftverk
- sond
- processer
- djupgående
- lovar
- Proteiner
- förutsatt
- publicera
- publicerade
- utgivare
- Tryckande
- snabb
- snabbt
- snarare
- ratio
- senaste
- Red
- resterna
- Rapporterad
- representerar
- forskning
- forskare
- Upplösning
- Lös
- lösa
- respons
- mottaglig
- avslöjade
- Roll
- kungliga
- vetenskaplig
- vetenskapsmän
- screen
- screening
- Andra
- se
- Dela
- signaler
- SIM
- enda
- Områden
- färdigheter
- mjukt
- Samhället
- Lösningar
- eftersträvas
- rumsliga
- specialist
- fart
- Spotlight
- Stater
- Framgångsrikt
- sådana
- föreslå
- Föreslår
- leverera
- Växla
- System
- Målet
- targeting
- grupp
- Tekniken
- tekniker
- Tekniken
- Teknologi
- än
- den där
- Smakämnen
- Framtiden
- deras
- sedan
- Terapeutisk
- Dessa
- detta
- tre
- Genom
- hela
- genomströmning
- tid
- till
- verktyg
- spår
- Trackers
- trafik
- överföring
- behandlingar
- förståelse
- utan motstycke
- presenterar
- Uppdateringar
- URL
- värde
- Värden
- olika
- Kontra
- Video
- praktiskt taget
- visualisera
- avgörande
- Sätt..
- VÄL
- när
- som
- medan
- med
- Arbete
- ännu
- dig
- Din
- zephyrnet