斯克里普斯研究公司科学家的一种先进的基于成像的方法提供了一种研究线粒体的新方法。

在14年2023月<>日发表在《细胞生物学杂志》上的报告中，科学家们描述了一套技术，可以对线粒体内的微小结构变化进行成像和量化，以及这些变化与细胞中正在进行的其他过程的相关性。

线粒体不仅参与能量产生，还参与其他几种关键的细胞功能，包括细胞分裂和对各种压力的细胞保存反应。线粒体功能障碍已经在许多疾病中观察到，包括阿尔茨海默氏症，帕金森病和不同的癌症，研究人员渴望开发可以逆转这些功能障碍的治疗方法。但是研究线粒体结构细节的科学工具是有限的。

“我们现在有一个强大的新工具包，用于检测和量化线粒体的结构差异，从而量化功能差异 - 例如，在患病与健康状态下，”研究资深作者Danielle Grotjahn博士说，他是斯克里普斯研究综合结构和计算生物学系的助理教授。

该研究的共同第一作者是Grotjahn实验室成员Benjamin Barad博士，博士后研究助理和Michaela Medina博士候选人。

线粒体是居住在植物和动物细胞内的众多膜结合分子机器或“细胞器”之一。每个细胞通常有数百到数千个数量，线粒体有自己的小基因组，并且具有独特的结构，外膜和波浪状内膜发生关键的生化反应。科学家们知道，线粒体结构的外观可能会发生巨大变化，这取决于线粒体的作用或细胞中存在的压力。因此，这些结构变化可以成为细胞状况的非常有用的标志物，尽管到目前为止还没有一种很好的方法来检测和量化它们。

在这项研究中，Grotjahn的团队组装了一个计算工具包，用于处理来自一种称为冷冻电子断层扫描(cryo-ET)的显微镜技术的成像数据，该技术基本上使用电子而不是光对生物样品进行三维成像。研究人员称之为“表面形态测量工具包”，可以详细绘制和测量单个线粒体的结构元素。这包括内膜的弯曲和膜之间的间隙 - 所有重要线粒体和细胞事件的潜在有用标志物。

“它基本上使我们能够将我们可以从冷冻断层扫描中获得的线粒体的美丽3D图像转换为灵敏的定量测量 - 例如，我们可能将其用于帮助识别疾病的详细机制，”巴拉德说。

该团队通过使用它来绘制线粒体的结构细节，当他们的细胞受到内质网应激时，该工具包是神经退行性疾病中常见的一种细胞应激。他们观察到，在这种应力下，关键结构特征，如内膜的曲率或内膜和外膜之间的最小距离，发生了可测量的变化。

随着新工具包的成功原理验证演示，Grotjahn实验室现在将用它来更详细地研究线粒体如何响应细胞应激或由疾病，毒素，感染甚至药物引起的其他变化。

“例如，我们可以比较用药物治疗的细胞对线粒体的影响与对未经治疗的线粒体的影响，”Medina说。“这种方法不仅限于线粒体 - 我们还可以使用它来研究细胞内的其他细胞器。