深圳子科生物報道：中國科學(xué)院生物物理研究所，美國霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所的研究人員發(fā)表了題為“Visualizing intracellular organelle and cytoskeletal interactions at nanoscale resolution on millisecond timescales”的文章，介紹了一種觀測細(xì)胞內(nèi)動態(tài)過程的新技術(shù)——掠入射-結(jié)構(gòu)光照明超高分辨率顯微成像技術(shù)（GI-SIM, Grazing Incidence Structured Illumination Microscopy），該技術(shù)克服了全內(nèi)反射熒光成像（TIRF）的成像深度局限，實現(xiàn)了快速（266幀/秒）、高分辨率（97nm）的活細(xì)胞超分辨成像，為解析細(xì)胞中細(xì)胞器（內(nèi)質(zhì)網(wǎng)、線粒體等）膜相互作用及微管功能的研究提供了新的洞見。

這一研究成果公布在Cell雜志上，文章的通訊作者為生物物理研究所李棟，美國霍華德休斯醫(yī)學(xué)研究所Eric Betzig博士和Jennifer Lippincott-Schwartz博士。

在真核細(xì)胞中，細(xì)胞器與細(xì)胞骨架實時發(fā)生高度動態(tài)、同時又被嚴(yán)密調(diào)控的相互作用，以協(xié)調(diào)復(fù)雜的細(xì)胞功能。觀測這些動態(tài)過程，需要對細(xì)胞的內(nèi)部環(huán)境進行非侵入性的、長時程的成像，并要求成像技術(shù)應(yīng)具備非常高的時-空分辨率，以及很低的成像背景。

為達(dá)到這些通常情況下相互矛盾的目標(biāo)，李棟課題組等發(fā)展了掠入射-結(jié)構(gòu)光照明超高分辨率顯微成像技術(shù)（GI-SIM, Grazing Incidence Structured Illumination Microscopy）這種新的成像方法。該方法能夠突破現(xiàn)有技術(shù)局限，對細(xì)胞基底膜附近的動態(tài)過程以97nm分辨率，266幀/秒的速度，進行超過數(shù)千時間點的持續(xù)成像。

利用多色GI-SIM技術(shù)，李棟課題組研究了多種細(xì)胞器與細(xì)胞骨架的快速動態(tài)相互作用，為人們提供了對這些結(jié)構(gòu)之間復(fù)雜行為的新認(rèn)識。精確測量微管生長或者收縮事件有助于區(qū)分微管動態(tài)不穩(wěn)定性模型。分析內(nèi)質(zhì)網(wǎng)與其它細(xì)胞器或者微管的相互作用，揭示了新的內(nèi)質(zhì)網(wǎng)重塑機制（微管解聚端牽引、搭便車和微管非依賴三種管狀內(nèi)質(zhì)網(wǎng)延伸方式）；研究還發(fā)現(xiàn)了內(nèi)質(zhì)網(wǎng)-線粒體接觸點能夠促進線粒體的分裂與融合（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?？煊谀切]有與內(nèi)質(zhì)網(wǎng)接觸的融合事件）；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；首次在哺乳動物細(xì)胞中證實不同種細(xì)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(xì)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(xì)胞器上實現(xiàn)，而無需其直接招募馬達(dá)蛋白。

作者簡介：

李棟 研究員
Dong Li, Professsor
中科院生物物理研究所研究員
生物大分子國家重點實驗室創(chuàng)新課題組組長

簡歷
2002-2006年 浙江大學(xué)，光電信息工程學(xué)系學(xué)士
2006-2011年 香港科技大學(xué)，電子與計算機工程學(xué)系博士
2011-2015年 霍華德?休斯醫(yī)學(xué)研究所，Janelia研究校園博士后
2015年- 中國科學(xué)院生物物理研究所研究員

主要研究方向
光學(xué)成像技術(shù)一直是生命科學(xué)研究的重要工具。近年來以超分辨率顯微鏡，單分子熒光成像與追蹤，以及多光子非線性顯微成像為代表的新技術(shù)發(fā)展，再次給生物學(xué)研究帶來革命性突破。同時這些新技術(shù)的發(fā)明與發(fā)展也更加強調(diào)生物物理，光學(xué)工程，生物醫(yī)學(xué)，化學(xué)等多學(xué)科的交叉與協(xié)同創(chuàng)新。本課題組致力于開發(fā)新型光學(xué)成像技術(shù)，特別是適于活體，高速，低漂白成像的超分辨率顯微鏡，以及多光子熒光組織成像技術(shù)，并結(jié)合單分子成像與追蹤。這些技術(shù)將為探索從單細(xì)胞到復(fù)雜模式生物中的，例如細(xì)胞間的協(xié)同互作，細(xì)胞器的結(jié)構(gòu)和動態(tài)變化，分子與分子間的相互作用，以及單分子行為等生物過程和功能提供精準(zhǔn)度更高的觀測手段。

原文標(biāo)題：

Visualizing intracellular organelle and cytoskeletal interactions at nanoscale resolution on millisecond timescales