活体线粒体动力学研究

在这里我们采访了博士Rajarshi Chakrabarti研究方向:肌动蛋白/线粒体动力学亨利•希格斯教授的达特茅斯大学盖泽尔医学院生物化学和细胞生物学系的实验室。Rajarshi博士在改善线粒体分裂机制方面做出了有价值的贡献。其中一篇文章发表在2018年的《细胞生物学杂志》(Journal of Cell Biology)上，也在一篇文章中进行了评论应用注释．

希格斯实验室是肌动蛋白动力学领域的先驱。本实验室的主要研究目标是了解肌动蛋白丝在细胞器动力学中的作用。当拉贾什·查克拉巴蒂博士2015年加入亨利·希格斯教授的实验室时，他开始从事线粒体/肌动蛋白领域的博士后研究。根据Rajarshi的说法，“线粒体是有趣的细胞器，因为它们不能从头合成。因此，为了维持细胞中线粒体数量的健康，前者必须经历融合和分裂的周期。这种动态是高度控制和调节的:任何偏离规范的行为都会导致多种疾病。因此，我有兴趣了解线粒体动力学的基本机制。

在希格斯实验室的研究工作中，拉贾什研究了线粒体分裂机制，延续了希格斯教授实验室早期的工作。此前已有研究表明，线粒体分裂需要er结合的肌动蛋白聚合因子。Rajarshi Chakrabarti博士进一步帮助阐明了线粒体分裂的机制(图2)。为了实现完整的线粒体分裂，必须发生一系列极其复杂和快速的事件，最终形成线粒体内膜(IMM)分裂，然后是线粒体外膜(OMM)分裂，并将从现有的线粒体中产生两个线粒体。

然而，他的研究并不容易:对线粒体进行成像具有挑战性。“线粒体是高度动态的细胞器，在这些快速移动的细胞器中测量钙的动态需要使用相当快的设备。此外，线粒体是ATP和ROS产生的位点。我们还需要记住，成像过程中太多的激光照射对细胞是致命的。”

考虑到上述对线粒体成像的挑战，显然，在成像活线粒体时，光漂白和光毒性都是一个严重的问题。研究人员需要使用非常低的激光功率和较短的采集时间，以便在研究期间保持细胞和线粒体的健康。事实上，在他的大多数活细胞研究中，

Rajarshi Chakrabarti博士更喜欢使用共聚焦旋转圆盘显微镜，因为他分析的是非常快的事件(几秒钟的量级)。“共焦旋转盘让我可以自由地在时间分辨率和最小的光漂白下完成这些研究。在蜻蜓上使用Zyla相机还可以提高图像质量。”采集速度、微光采集、分辨率、同时双色成像等参数对于分析线粒体动力学极为重要。蜻蜓共焦系统同时获取通道的能力使研究人员能够获取四色实时成像数据，他甚至意识到“通道之间没有任何出血”。

我们进一步想知道:在线粒体研究中成像系统所需要的基本参数是什么?拉贾什博士回答说:“在线粒体研究中，甚至在整体研究中，成像系统的基本参数是:1-采集速度，2-有限光漂白，3-通道间有限渗血，4-精确执行多位置成像的能力。”总之，蜻蜓有助于线粒体分裂的研究，因为该系统集成了捕获速度和很少或没有光漂白。这些特征在线粒体成像过程中极大地帮助了Rajarshi。

最后，我们问Rajarshi博士:关于蜻蜓共焦系统，你还有什么想补充的吗?“蜻蜓是一个很好的系统，可以进行活细胞和固定细胞成像。此外，软件界面简洁，有所有重要的标签，你需要在你的指尖工作。这使得界面更简洁，更易于使用。

图2 -线粒体分裂模型。图片由Chakrabarti博士提供。以下步骤将促进线粒体分裂:1)ER结合INF2介导的肌动蛋白丝是ER向线粒体钙转移所必需的。2) INF2介导的肌动蛋白丝增强er -线粒体接触，促进这一过程。3)线粒体分裂需要线粒体钙的升高。4)线粒体分裂升高导致线粒体内膜(IMM)收缩，限定了线粒体分裂的部位。5)在完整的线粒体分割过程中，先分割IMM，再分割OMM。