超分辨荧光辅助衍射层析技术揭示细胞器相互作用全景图

2022-10-26 09:27:21 浏览:342

文章名称:Super-resolution fluorescence-assisted diffraction computational tomography reveals the three-dimensional landscape of the cellular organelle interactome

发表期刊:Light:Science & Applications

发表日期:2020年1月

1 摘要

超分辨(SR)荧光显微成像技术的出现重新推动了对细胞内新型结构的研究工作。然而,超分辨荧光显微镜的成像对比度的提高,是以牺牲细胞器与其他类型的细胞器的相互作用、细胞器与周围环境的相互作用的全景视野为代价的。因此,我们开发了超分辨荧光辅助衍射计算层析成像(SR- FACT),SR-FACT结合了三维无标记光学衍射层析显微成像(ODT)技术和二维海森结构光超分辨显微成像技术。ODT模块能够分辨线粒体、脂滴、核膜、染色体、内质网及溶酶体等多种亚细胞结构。在长时间使用双模态结合的活细胞成像技术的过程中,我们观察到了一种新的亚细胞结构,并称为黑色液泡小体,这种黑色液泡小体大部分来源于细胞器密集分布的细胞核周围,并广泛地与线粒体、核膜等细胞器发生相互作用,并且最终坍缩为质膜。这项工作证明了SR-FACT的独特能力,这表明它在一般细胞生物学中有广泛的适用性。

2 系统结构图

超分辨荧光辅助衍射层析技术揭示细胞器相互作用全景图

图1. SR-FACT双模态成像系统的硬件实现、算法流程及分辨率表征

3 主要结果图/视频

图2. COS-7细胞完整分裂过程的三维无标记显示,其中可以观察到各种亚细胞结构

超分辨荧光辅助衍射层析技术揭示细胞器相互作用全景图

图3. 从ODT图像中确认六种传统细胞器的可视化结果

图4. 线粒体与其他细胞器相互作用的不同动力学过程

图5. 黑色液泡小体转运途径的可视化及其在组织细胞器相互作用时起的作用

图6. 尽管有一些共同的蛋白质标记,黑色液泡小体表现出与传统的核内小体完全不同的特征

4 亮点点评

研究团队将三维无标记衍射层析成像与二维海森结构光显微成像两种成像模态结合,巧妙地避免了三维超分辨率成像对光照明度的高要求限制,提高了成像灵敏度降低了光毒性,突破了荧光显微镜只能观察到样本中标记的荧光蛋白的局限,实现了对亚细胞结构的高速三维全景成像。三维无标记成像可以直接通过细胞内不同结构的不同光学特性进行成像,操作简便,同时超分辨荧光显微成像也是对无标记成像结果的验证,两种成像模态相互辅助,有助于发现在单一成像模态中被忽略的现象,得到更具备说服力的数据。这一双模态成像方法在生物细胞学研究及生物成像领域有广泛的应用前景。

 

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