Учёные впервые реконструировали сборку человеческой центриоли, изображение за изображением
Клетки содержат различные специализированные структуры, такие как ядро, митохондрии или пероксисомы, известные как «органеллы». Изучение их образования и определение структуры имеет фундаментальное значение для понимания функций клетки и патологий, связанных с их дисфункцией.
Учёные из Женевского университета (UNIGE) объединили методы микроскопии высокого разрешения и кинематической реконструкции, чтобы визуализировать в движении процесс образования человеческой центриоли. Эта органелла, необходимая для организации клеточного скелета, связана — в случае её дисфункции — с некоторыми видами рака, заболеваниями мозга или сетчатки глаза.
Эта работа, опубликованная в журнале Cell, проливает свет на сложности сборки центриоли. Она также открывает новые пути для изучения других клеточных органелл.
Генезис органелл происходит в соответствии с точной последовательностью событий по рекрутированию белков. Визуализация этой сборки в реальном времени позволяет лучше понять роль этих белков в структуре или функции органеллы. Однако создание видеоряда с достаточным разрешением для различения таких сложных микроскопических компонентов сталкивается с рядом технических ограничений.
«Надувание» клеток для лучшего наблюдения
Это особенно верно для центриоли. Эта органелла размером менее 500 нанометров (половина тысячной миллиметра) состоит примерно из 100 различных белков, организованных в шесть субструктурных доменов. Ещё несколько лет назад невозможно было детально визуализировать структуру центриоли.
Лаборатория Поля Гишара и Виржини Амель, соруководителей исследований на кафедре молекулярной и клеточной биологии факультета естественных наук UNIGE, изменила ситуацию, используя технику микроскопии расширения. Эта передовая техника позволяет постепенно «надувать» клетки и их компоненты без деформации, чтобы затем наблюдать их с очень высоким разрешением с помощью обычных микроскопов.
Получение изображений центриоли с таким высоким разрешением позволяет определить точное местоположение белков в заданный момент времени, но не даёт информации о порядке появления субструктурных доменов или отдельных белков. Марин Лапорт, бывший научный сотрудник и преподаватель группы UNIGE и первый автор исследования, использовала микроскопию расширения, чтобы проанализировать расположение 24 белков в шести доменах в более чем тысяче центриолей на разных стадиях роста.
Реорганизация изображений для их «оживления»
«За этой очень кропотливой работой последовала псевдо-временная кинематическая реконструкция. Другими словами, мы смогли вернуть в хронологический порядок тысячи изображений, сделанных случайным образом во время биогенеза центриоли, чтобы реконструировать различные этапы формирования её субструктур, используя разработанный нами компьютерный анализ», — объясняет Амель, соруководитель исследования.
Этот уникальный подход, сочетающий сверхвысокое разрешение микроскопии расширения и кинематическую реконструкцию, позволил смоделировать первую 4D-сборку человеческой центриоли.
«Наша работа не только углубит понимание формирования центриоли, но и откроет невероятные перспективы в клеточной и молекулярной биологии, поскольку этот метод может быть применён к другим макромолекулам и клеточным структурам для изучения их сборки в пространстве и времени», — заключает Гишар.