Как меняются клеточные компартменты растений при росте клетки

Исследовательская группа под руководством Киминори Тоёока из Центра устойчивых ресурсов RIKEN разработала усовершенствованную технику микроскопии, которая впервые позволяет зафиксировать детальное движение субклеточных органелл на больших площадях внутри растительных клеток. Метод показывает, как меняется распределение органелл, участвующих в поддержании и росте клеточной мембраны, в зависимости от цикла роста.

Растительные клетки контролируют свой рост и пролиферацию в ответ на сигналы окружающей среды, переключаясь между стационарной фазой и фазой роста. Это переключение сопровождается изменениями в распределении и количестве органелл внутри клетки, но точная природа этих изменений была плохо изучена.

Команда Тоёока хотела зафиксировать изображения органелл в разных фазах клеточного цикла. Однако обычные подходы не позволяют захватить всю картину целиком или не обладают достаточным разрешением для выявления структурных деталей. «Мы можем наблюдать движение и распределение органелл с помощью флуоресцентной микроскопии, но такие методы не позволяют разрешить структуры самих органелл», — объясняет Тоёока. Другая применимая техника, просвечивающая электронная микроскопия (ПЭМ или TEM), обеспечивает необходимое разрешение, но обычно может использоваться только для съемки небольших участков.

Исследователи разработали новый способ использования TEM для визуализации больших площадей:

1. Подготовка клеточных образцов с помощью техники высокого давления и замораживания для сохранения динамической структуры органелл.
2. Использование системы автосъемки для захвата тысяч перекрывающихся TEM-изображений.
3. Объединение изображений для создания высокодетализированных карт обширных клеточных областей.

Изображения выявили драматические изменения в распределении, форме и структуре специфических органелл, участвующих в транспорте белков и липидов к клеточной мембране. Этот транспортный процесс необходим для роста. Когда клетки не росли, эти органеллы становились меньше и их количество сокращалось. Результаты дают представление о том, как именно эти изменения помогают клеткам адаптироваться к окружающей среде.

«В условиях, богатых питательными веществами, растения синтезируют много белков и липидов, чтобы быстро делиться и расти, — говорит Тоёока. — В условиях с низким содержанием питательных веществ они останавливают этот синтез и удлиняют свои тела, чтобы переварить ненужные органеллы».

Команда сейчас создает масштабируемое TEM-изображение растительных клеток и планирует создать электронно-микроскопические атласы органов, тканей и клеток растений, чтобы показать, как структура органелл меняется в различных условиях.