Ученые разработали новый метод изучения митохондрий
Ученые из Scripps Research представили усовершенствованный метод на основе визуализации для изучения митохондрий.
В отчете, опубликованном 14 февраля 2023 года в Journal of Cell Biology, исследователи описали набор методик, позволяющих визуализировать и количественно оценивать даже тонкие структурные изменения внутри митохондрий и соотносить их с другими процессами в клетках.
Митохондрии участвуют не только в производстве энергии, но и в других критически важных клеточных функциях, включая деление клеток и реакции на различные типы стресса. Дисфункции митохондрий наблюдаются при многих заболеваниях, включая болезни Альцгеймера, Паркинсона и различные виды рака. Однако инструменты для изучения тонких деталей структуры митохондрий были ограничены.
«Теперь у нас есть мощный новый набор инструментов для обнаружения и количественной оценки структурных, а следовательно, и функциональных различий в митохондриях — например, в больных и здоровых состояниях», — говорит старший автор исследования Даниэль Гротян, доктор философии.
Митохондрии — это одна из многих мембраносвязанных органелл в клетках. Обычно их количество составляет от сотен до тысяч на клетку. Ученым известно, что внешний вид структур митохондрий может значительно меняться в зависимости от активности органеллы или наличия стресса в клетке. Эти структурные изменения могут служить полезными маркерами состояния клетки, но до сих пор не было хорошего метода для их обнаружения и количественной оценки.
В исследовании команда Гротян создала вычислительный набор инструментов для обработки данных визуализации, полученных методом крио-электронной томографии (cryo-ET). Их «набор инструментов для поверхностной морфометрии» позволяет детально картировать и измерять структурные элементы отдельных митохондрий. Это включает изгибы внутренней мембраны и расстояния между мембранами — все это потенциально полезные маркеры важных событий.
«Это позволяет нам, по сути, превращать красивые 3D-изображения митохондрий, которые мы можем получить с помощью cryo-ET, в чувствительные количественные измерения», — отмечает соавтор Бенджамин Барад.
Команда продемонстрировала работу набора инструментов, используя его для картирования структурных деталей митохондрий в условиях стресса эндоплазматического ретикулума — типа клеточного стресса, часто наблюдаемого при нейродегенеративных заболеваниях. Они обнаружили, что ключевые структурные особенности, такие как кривизна внутренней мембраны или минимальное расстояние между внутренней и внешней мембранами, заметно менялись при таком стрессе.
Лаборатория Гротян планирует использовать этот новый набор инструментов для более детального изучения реакции митохондрий на клеточный стресс или другие изменения, вызванные заболеваниями, токсинами, инфекциями и даже лекарствами.
«Мы можем, например, сравнивать воздействие на митохондрии в клетках, обработанных препаратом, с воздействием на необработанные митохондрии», — говорит соавтор Майкла Медина. — «И этот подход не ограничивается митохондриями — мы также можем использовать его для изучения других органелл в клетках».