10月25日，中國科學(xué)院生物物理研究所李棟課題組與美國霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所博士Eric Betzig、Jennifer Lippincott-Schwartz合作在《細胞》（Cell）雜志發(fā)表研究論文“Visualizing intracellular organelle and cytoskeletal interactions at nanoscale resolution on millisecond timescales”。該文首創(chuàng)了掠入射結(jié)構(gòu)光照明超分辨成像技術(shù)（GI-SIM），可對細胞內(nèi)的生理過程進行高速、長時程、超分辨率成像，利用該技術(shù)發(fā)現(xiàn)了多種細胞器間相互作用新行為。

GI-SIM可對活細胞以97納米分辨率、266幅每秒的成像速度連續(xù)成像近萬幅超分辨圖像。與李棟先前開發(fā)的全內(nèi)反射結(jié)構(gòu)光照明超分辨成像技術(shù)（TIRF-SIM; Li et al.,Science, 2015）相比，GI-SIM的成像深度以及所產(chǎn)生的信號量都提高了10倍；與傳統(tǒng)共聚焦或轉(zhuǎn)盤共聚焦顯微鏡相比，GI-SIM可提供2倍更高的空間分辨率以及10倍更快的成像速度；與其它超分辨成像技術(shù)相比，在細胞尺寸的視場范圍下，GI-SIM可提供~10倍更快的成像速度，以及10-100倍更長的成像時程。GI-SIM實現(xiàn)了對細胞內(nèi)多種細胞器動態(tài)的最優(yōu)化二維超分辨成像，這使得研究人員發(fā)現(xiàn)了多種細胞器互作新行為。例如：

（1）管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的三種新型延伸方式。

內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)的形成是由管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的不斷延伸和融合完成的。之前的研究工作指出，管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的延伸方式存在滑行（Sliding）和微管聚合端共生長（pTAC）兩種，該研究發(fā)現(xiàn)了微管解聚端牽引（dTAC）、搭便車（Hitchhiking）和微管非依賴（Budding）三種管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)延伸方式。

（2）線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的互作影響線粒體的分裂與融合。

線粒體的分裂與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)關(guān)系密切，統(tǒng)計發(fā)現(xiàn)有大約85%的線粒體分裂事件發(fā)生在線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的接觸位點（contact sites）。研究進一步發(fā)現(xiàn)約60%的線粒體融合事件發(fā)生在線粒體與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的接觸位點，并且與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸的線粒體融合事件通常快于那些沒有與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸的融合事件。

（3）多色GI-SIM成像發(fā)現(xiàn)溶酶體-內(nèi)質(zhì)網(wǎng)互作對調(diào)控溶酶體在細胞內(nèi)的動態(tài)運輸和分布起關(guān)鍵作用。

（4）過去的研究僅發(fā)現(xiàn)內(nèi)質(zhì)網(wǎng)可通過融合來改變其網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，該研究首次觀測到處于運動狀態(tài)的溶酶體可引起管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)的瞬時斷裂。

（5）該研究首次在哺乳動物細胞中證實不同種細胞器間存在廣泛的“搭便車”（Hitchhiking）互作現(xiàn)象，并觀測到線粒體、內(nèi)質(zhì)網(wǎng)等細胞器的形態(tài)改變和遷移可通過搭載到其它正在運動的細胞器上實現(xiàn)，而無需其直接招募馬達蛋白。

李棟課題組博士研究生郭玉婷和助理研究員李迪為并列第一作者，博士研究生張思微為第二作者。李棟和Eric Betzig、Jennifer Lippincott-Schwartz為共同通訊作者。中科院遺傳與發(fā)育生物學(xué)研究所劉佳佳課題組、杜克大學(xué)Dan Kiehart課題組合作參與了該課題。

該課題得到中科院先導(dǎo)B類項目、國家自然科學(xué)基金、國家重點研發(fā)計劃項目的資助。

文章鏈接：https://www.cell.com/cell/fulltext/S0092-8674(18)31308-4。

生物物理所等開發(fā)新型超分辨成像技術(shù)揭示細胞器互作新現(xiàn)象