Cell: Các nhà khoa học phát triển công nghệ hình ảnh siêu phân giải mới tiết lộ hiện tượng mới về sự tương tác giữa các bào quan

Nhóm nghiên cứu Lý Đống của Viện Vật lý sinh học thuộc Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc đã hợp tác với Tiến sĩ Eric Betzig và Jennifer Lippincott-Schwartz của Viện Y học Howard Hughes (Mỹ) để công bố nghiên cứu "Visualizing intracellular organelle and cytoskeletal interactions at nanoscale resolution on millisecond timescales" trên tạp chí Cell. Công nghệ hình ảnh siêu phân giải ánh sáng (GI-SIM) cho phép chụp ảnh tốc độ cao, thời gian dài, siêu phân giải các quá trình sinh lý bên trong tế bào, sử dụng công nghệ này để phát hiện các hành vi tương tác mới giữa các cơ quan tế bào.

GI-SIM có thể liên tục tạo ra gần 10.000 hình ảnh siêu phân giải cho các tế bào sống ở độ phân giải 97 nanomet với tốc độ hình ảnh 266 giây. So với công nghệ hình ảnh siêu phân giải ánh sáng được phát triển trước đây của Li Tung (TIRF-SIM; Li et al., Science, 2015), GI-SIM có độ sâu hình ảnh tăng gấp 10 lần, cũng như lượng tín hiệu được tạo ra. GI-SIM cung cấp độ phân giải không gian cao hơn 2 lần và tốc độ hình ảnh nhanh hơn 10 lần so với kính hiển vi co-focus truyền thống hoặc co-focus bàn xoay; So với các công nghệ hình ảnh siêu phân giải khác, GI-SIM cung cấp tốc độ hình ảnh nhanh hơn~10 lần ở phạm vi trường nhìn kích thước tế bào và thời gian hình ảnh dài hơn 10-100 lần. GI-SIM cho phép tối ưu hóa hình ảnh siêu phân giải hai chiều về động lực của nhiều bào quan trong tế bào, cho phép các nhà nghiên cứu phát hiện ra hành vi mới của nhiều bào quan tương tác với nhau. Ví dụ:

(1) Ba cách mở rộng mới của mạng nội chất hình ống.

Sự hình thành cấu trúc mạng lưới nội chất được hoàn thành bởi sự kéo dài và dung hợp không ngừng của mạng lưới nội chất hình ống. Công việc nghiên cứu trước đây đã chỉ ra rằng có hai cách kéo dài mạng nội chất hình ống là trượt (sliding) và đồng tăng trưởng kết hợp vi ống (pTAC), và nghiên cứu này đã tìm thấy ba cách kéo dài mạng nội chất hình ống là dTAC, hitchhiking và không phụ thuộc vi ống (budding).

b) Sự tương tác giữa ti thể và mạng nội chất ảnh hưởng đến sự phân chia và dung hợp của ti thể.

Sự phân chia ty thể có quan hệ mật thiết với mạng nội chất, thống kê cho thấy khoảng 85% sự kiện phân chia ty thể xảy ra tại các vị trí tiếp xúc của ty thể với mạng nội chất. Nghiên cứu tiếp tục phát hiện ra rằng khoảng 60% các sự kiện hợp nhất ty thể xảy ra tại các vị trí tiếp xúc của ty thể với mạng nội chất và các sự kiện hợp nhất ty thể tiếp xúc với mạng nội chất thường nhanh hơn những sự kiện không tiếp xúc với mạng nội chất.

(3) Hình ảnh GI-SIM đa màu tìm thấy sự tương tác giữa lysosome và mạng nội chất đóng một vai trò quan trọng trong việc điều chỉnh vận chuyển và phân phối động của lysosome trong tế bào.

(4) Nghiên cứu trước đây chỉ phát hiện ra rằng mạng nội chất có thể thay đổi cấu trúc mạng của nó bằng cách hợp nhất, đã quan sát thấy rằng lysosome ở trạng thái chuyển động có thể gây ra sự phá vỡ tức thời của mạng nội chất hình ống.

(5) Nghiên cứu đã xác nhận sự tương tác rộng rãi giữa các cơ quan tế bào khác nhau trong các tế bào động vật có vú và quan sát thấy rằng sự thay đổi hình thái và di chuyển của các cơ quan như ty thể, mạng nội chất có thể đạt được bằng cách mang chúng đến các cơ quan khác đang di chuyển mà không cần tuyển dụng protein động cơ trực tiếp.

Nghiên cứu sinh tiến sĩ Quách Ngọc Đình và trợ lý nghiên cứu viên Lý Địch là tác giả song song, nghiên cứu sinh tiến sĩ Trương Tư Vi là tác giả thứ hai. Dong Lee và Eric Betzig và Jennifer Lippincott-Schwartz là đồng tác giả. Nhóm nghiên cứu Liu Jiajia của Viện Sinh học Di truyền và Phát triển của Viện Hàn lâm Khoa học Trung Quốc và nhóm nghiên cứu Dan Kiehart của Đại học Duke đã hợp tác tham gia vào chủ đề này. (Thung lũng sinh học)