Science：新显微技术揭示细胞的三维超微结构
来源：中检健康
编辑：中检健康
时间：2020-01-27
我们对细胞中的纳米结构与驱动细胞代谢的数千种蛋白之间的关系的理解主要来自于生物化学、分子生物学和电子显微镜的综合研究，因此在这种关系的细节上具有推测性。关联性超分辨率荧光电子显微镜（correlative super-resolution fluorescence and electron microscopy）有望通过在全局性的细胞超微结构的背景下直接可视化观察特定蛋白在纳米尺度下的关系来阐明这些细节。然而，迄今为止，这种关联性成像涉及在超微结构保存、成像灵敏度、分辨率和/或视野方面的妥协。
图片来自Science, 2020, doi:10.1126/science.aaz5357。
在一项新的研究中，来自美国多个研究机构的研究人员开发出一种管线：（i）将荧光标记的体外培养的哺乳动物细胞保存在玻璃冰中；（ii）通过多色三维结构照明（multicolor three-dimensional structured illumination, 3D SIM）和单分子定位显微镜（single-molecule localization microscopy, SMLM）对所选的细胞在10K以下的分辨率下进行整体成像；（iii）通过三维聚焦离子束扫描电子显微镜（3D focused ion beam scanning electron microscopy, FIB-SEM）在4纳米或8纳米的各向同性分辨率下对相同细胞进行成像；（iv）记录所有图像体积至纳米级精度。这种管线可确保精确的超微结构保存，允许对超分辨率和电子显微镜成像方法进行独立优化，并提供有关特定亚细胞成分如何随细胞体积变化的全面视图。相关研究结果发表在2020年1月17日的Science期刊上，论文标题为“Correlative three-dimensional super-resolution and block-face electron microscopy of whole vitreously frozen cells”。
我们研究的几乎每个系统都显示出出乎意料的结果：作为内质网标志物的核内囊泡呈阳性；过氧化物酶体的形态随尺寸的增加而越来越不规则；内溶酶体小室具有异常多样且错综复杂的形态；小脑颗粒神经元之间存在网状粘附网络；异染色质和常染色质可通过电子显微镜观察到的典型结构域，每个结构域可通过转录活性标志物的存在与否加以区分。两色低温SMLM（cryo-SMLM）使得全细胞图像配准的精度可达40 nm左右。Cryo-SIM即使具有较低的分辨率，也可以对形态相似的囊泡进行独特的区分，并有助于在拥挤的细胞内环境中以FIB-SEM分辨率对复杂的三维结构进行分割。
由此可见，这项新研究开发的管道可更好地了解在空间上区室化的细胞中取得的生物化学发现。这种方法还仔细地保留了天然超微结构，因而能够对蛋白-超微结构关系的自然变异性进行全细胞或细胞间研究。（生物谷 Bioon.com）
参考资料：
David P. Hoffman et al. Correlative three-dimensional super-resolution and block-face electron microscopy of whole vitreously frozen cells. Science, 2020, doi:10.1126/science.aaz5357.
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