Cell: 과학자, 새로운 초분별영상기술 개발, 세포기 상호작용 새로운 현상 제시

중국과학원 생물물리연구소 이동과제팀은 미국 하워드휴즈의학연구소 에릭 베지그(Jeric Betzig), 제니퍼 립핀코트(Jennifer Lippincott-Schwartz) 박사와 협업해'세포'(Cell) 저널에'Visualizing intracellular organelle and cytoskeletal interactions at nanoscale resolution on milliscelsion'논문을 발표했다.이 글*세포 내 생리과정을 고속, 장시간, 초해상도로 영상화할 수 있는 약출구조 광조명 초해상도 영상기술(GI-SIM)을 적용해 다양한 세포기 간 상호작용 새로운 행위를 발견했다.

GI-SIM은 살아있는 세포에 대해 97나노미터 해상도, 초당 266폭의 영상 속도로 거의 만 폭의 초해상도 이미지를 연속적으로 영상화할 수 있다.이동이 이전에 개발한 전체 내부 반사구조 광조명 초분별 이미징 기술 (TIRF-SIM; Li et al., Science, 2015) 에 비해 GI-SIM의 이미징 깊이는 물론 발생하는 신호량도 10배 향상되었습니다.GI-SIM은 기존의 공초점 또는 회전판 공초점 현미경보다 2배 더 높은 공간 해상도와 10배 더 빠른 이미징 속도를 제공합니다.GI-SIM은 다른 초해상도 이미징 기술에 비해 세포 크기의 시야 범위에서 10배 더 빠른 이미징 속도와 10-100배 더 긴 이미징 시간을 제공합니다.GI-SIM은 세포 내의 다양한 세포기 동태에 최적화된 2차원 초분별 영상을 구현하여 연구원들이 다양한 세포기가 서로 새로운 행동을 하는 것을 발견하게 했다.예:

(1) 관상 내질망의 세 가지 신형 연장 방식.

내질망의 네트워크 구조의 형성은 파이프 모양의 내질망의 끊임없는 확장과 융합으로 이루어진다.이전 연구에 따르면 튜브 내질망의 확장 방식에는 슬라이딩(Sliding)과 마이크로튜브 중합단 동반성장(pTAC) 두 가지가 존재하는데, 이 연구는 마이크로튜브 중합단 견인(dTAC), 히치하이킹(Hitchhiking), 마이크로튜브 비의존(Budding) 세 가지 튜브 내질망 확장 방식을 발견했다.

(2) 미토콘드리아와 내질망의 상호작용은 미토콘드리아의 분열과 융합에 영향을 준다.

미토콘드리아의 분열은 내질망과 밀접한 관계를 가지고 있으며, 통계적으로 약 85% 의 미토콘드리아 분열 사건이 미토콘드리아와 내질망의 접촉 위치(contact sites)에서 발생한 것으로 밝혀졌다.연구는 미토콘드리아 융합 사건의 약 60% 가 미토콘드리아와 내질망의 접촉 위치에서 발생하며 내질망과 접촉하는 미토콘드리아 융합 사건은 일반적으로 내질망과 접촉하지 않은 융합 사건보다 빠르다는 것을 추가로 발견했다.

(3) 다색 GI-SIM 영상 발견 용해효소체-내질망 상호작용은 세포 내에서 용해효소체의 동적 운송과 분포를 조절하는 데 중요한 역할을 한다.

(4) 과거의 연구에서는 내질망이 융합을 통해 그 네트워크구조를 개변할수 있다는것만 발견되였는데 이 연구는 운동상태에 있는 용해효소체가 관상내질망의 순간적인 단렬을 일으킬수 있다는것을 관측하였다.

(5) 이 연구는 포유동물 세포에서 서로 다른 종류의 세포기 사이에 광범위한'히치하이킹'(Hitchhiking) 상호작용 현상이 존재한다는 것을 실증하고, 미토콘드리아, 내질망 등 세포기의 형태 변화와 이동이 모터 단백질을 직접 모집할 필요 없이 다른 운동 중인 세포기에 탑재되어 실현될 수 있다는 것을 관측했다.

리동과제팀 박사연구생 곽옥정과 보조연구원 리적이 병렬저자이고 박사연구생 장사미가 제2저자이다.리동과 에릭 베지그, 제니퍼 리핀콧-스츄어츠가 공동 교신저자다.이 과제에는 중국과학원 유전·발육생물학연구소 유가가 과제팀, 듀크대 댄 키하트 과제팀이 협력해 참여했다.바이오밸리