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ライフサイエンス 2023.06.13

【超解像STED顕微鏡を知る-vol.2】 新たな生命科学はSTEDにより明らかになる②

「超解像STED顕微鏡を知る」2回目のご案内です。(vol.1はこちら)今回も関連論文をご紹介いたします。Nature Communications および PNAS に掲載された、STED顕微鏡を活用したミトコンドリア研究の新たな事例です。ぜひご研究の参考にご一読ください。

 

STED顕微鏡によるミトコンドリアダイナミクスの定量的解析

ミトコンドリアは、生体細胞のライフサイクル全体を支えるエネルギーを生成することができる重要な細胞内小器官です。しかし、従来の蛍光顕微鏡では、ミトコンドリアのクリステを可視化するのに十分な高解像度を得ることができませんでした。本研究は、ナノスケールの解像度で細胞内の生理学的プロセスを長時間にわたって観察を可能としたSTED顕微鏡の新たな能力を示す事例です。本論文で著者らは、超解像技術を用いて生きた細胞内のミトコンドリアクリステの動的構造を研究するために、新たな蛍光色素(MitoESq-635)を開発しました。彼らは、生きたHeLa細胞のミトコンドリア内膜を50分以上(1フレーム3.9秒)、35.2nmの分解能でタイムラプス撮影を行いました。その結果、ミトコンドリアの融合・分裂時のクリステの形態や形状を明確に観察することができ、MitoESq-635を用いたTauSTEDイメージングは、ミトコンドリアの長時間超解像イメージングの次世代基準として非常に有用性が高いことが示されました。

 

 

STED顕微鏡でミトコンドリアのタンパク質合成に迫る

ヒトのミトコンドリアDNAは、13種類の重要なポリペプチドをコードしており、それらは主に陥入しているクリステ膜に存在する酸化的リン酸化(OXPHOS)複合体を結合する多サブユニット複合体の構成要素であることが知られています。内境界膜(IBM)には、細胞質からタンパク質を取り込むトランスロカーゼに富んだ動的接触部位があります。OXPHOSサブユニットの大部分は核にコードされているため、細胞質から外膜を通って内境界膜との接触部位に輸送される必要があります。OXPHOS成分の大部分は輸送され、mtDNAにコードされた成分と組み合わされる必要がありますが、ミトコンドリア内翻訳はどこで行われるのでしょうか?ミトコンドリアにコードされた成分もこれらの複合体の不可欠な要素でありますが、タンパク質合成はどこで行われるのでしょうか?
本論文において筆者らは、このような疑問を解決するために、合成化学の分野において、簡単かつ安定な結合を作るいくつかの反応を用い、新たな機能性分子を創り出す手法であるクリックケミストリーに基づく方法と、STED顕微鏡を組み合わせることにより、培養中のヒト細胞において、ミトコンドリアタンパク質合成の大部分はクリステ膜で行われており、RNAプロセシングおよび成熟が行われる部位から空間的に離れていることを報告しました。

 

 

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