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EPFL、超解像度顕微鏡で細胞内の捩じれが明らかに

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August, 21, 2020, Lausanne--EPFLの生物物理学者は、ナノスケールの構造、哺乳類の細胞の動力学をプローブするために高スループット超解像度顕微鏡を開発した。これにより、細胞分裂にとって重要な細胞小器官の屈曲が前例のない細部で示される。

細胞運動性や細胞分裂の基礎にあるメカニズムを理解したいなら、中心小体が関心のある細胞小器官になる。各細胞は、中心小体ペアを備えており、これが細胞分裂中に染色体分離を助ける。これら特殊な細胞小器官は、数100のタンパク質で構成された多分子マシーンであり、翻訳後修正(PTMs)の隠されたコードを持っており、それが剛性あるいは柔軟性に寄与する。それは、中心小体の機能の仕方の説明に役立つ。

主に電子顕微鏡を利用した以前の研究に基づいて、中心小体の基本構造は分かっている。しかしPTMsは電子顕微鏡には見えないので、様子が分からない。

EPFLの生物物理学者がで開発した改善された超解像度蛍光顕微鏡技術により、われわれはこれらナノスケール構造の詳細な画像を、分離して、また生体内原位置の両方で見ることができる。予想通り、中心小体の形状は、畝のある(ridged)弾丸のようである。円筒形で、長い畝を持ち、直径は片端で細くなっている。この高度な組織が与えられると、研究者は一つのPTMが実際に、これらの畝の周りに巻き付いていることを確認して驚いた。研究成果は、Nature Methodsに発表された。

「多分子マシーンの対称性は、それらがどのように多様な機能を行使するかを説明することがよくある。PTMsは、特殊なコードを形成し、タンパク質がどこへ結合するかを指示するが、分裂中に力を引きながら中心小体を安定化させることもできる。われわれは、まだ、その調整がそこにある理由が分からないが、それは、どのように中心小体が機能するかの糸口を提供する。われわれの研究は、構造生物学にとって、超解像度顕微鏡が電子顕微鏡の重要なパートナーであることを強調している」とLEB(Laboratory of Experimental Biophysics)のリーダー、生物物理学者、Suliana Manleyは話している。

改善された超解像度イメージング技術
 中心小体は、哺乳類の細胞よりも約100倍小さく、髪の毛よりも1000倍小さい。したがって生きた細胞内にそれらを観察するには光を使って試料をプローブする超解像度顕微鏡技術の改善が必要だった。つまり、その方法は、構造の研究には遅すぎる傾向があるからである。LEBのPh.D学生、Dora Mahecicは、視界に光をもっと均一に供給することで、顕微鏡が捉える画像サイズを大きくする照射設計を改善した。

その,超解像度蛍光顕微鏡は、入門生物学クラスで見るような光学顕微鏡ではない。実際、注意深く配置したミラーとレンズの複雑なセットアップであり、レーザ光を成形し試料に供給する。生物物理学者がこのセットアップと先進的サンプル準備を統合した。サンプルと蛍光の物理的な拡大を利用し、生命の構成要素であるタンパク質に光を再放出させる。

この新しい超解像度技術は、細胞内の多くの他の構造研究、ミトコンドリアなどに使用できる。あるいは、ウイルスなど他の分子マシンを見るためにも使える。
 
(詳細は、https://actu.epfl.ch)