Cell：新研究首次重建人类中心粒的组装

细胞包含多种称为“细胞器”的特殊结构，比如细胞核、线粒体或过氧物酶体。追溯细胞器的起源并确定其结构对于了解细胞功能以及与细胞器功能障碍相关的病理现象至关重要。

如今，在一项新的额研究中，来自瑞士日内瓦大学的研究人员将高分辨率显微镜和运动学重建技术相结合，在运动中可视化观察人类中心粒（centriole）的起源。这种细胞器对细胞骨架的组装至关重要，在功能障碍的情况下与某些癌症、脑部疾病或视网膜疾病有关。他们的发现阐明了中心粒组装的复杂性。它还为研究其他细胞器开辟了许多新途径。相关研究结果于2024年4月10日在线发表在Cell期刊上，论文标题为“Time-series reconstruction of the molecular architecture of human centriole assembly”。

细胞器的形成是按照连续蛋白招募事件的精确序列进行的。实时观察这一组装过程可以更好地了解这些蛋白在细胞器结构或功能中的作用。然而，获得具有足够分辨率的视频序列来区分如此复杂的微观成分面临许多技术限制。

让细胞膨胀以便更好地观察

中心粒的情况尤其如此。这种细胞器的尺寸不到 500 纳米，由大约 100 种不同的蛋白组成，分为六个亚结构域。在几年之前，人们还无法看到中心粒结构的细节。

日内瓦大学理学院分子与细胞生物学系联合研究主任Paul Guichard和Virginie Hamel的实验室利用膨胀显微镜（expansion microscopy）技术改变了这一局面。这种前沿技术能使细胞及其成分在不变形的情况下逐渐膨胀，这样就能使用传统显微镜对它们进行高分辨率观察。

图片来自Cell, 2024, doi:10.1016/j.cell.2024.03.025

以如此高的分辨率获取中心粒图像，可以在特定时间准确定位蛋白，但却无法提供关于中心粒亚结构域或单个蛋白出现顺序的信息。论文第一作者Marine Laporte利用膨胀显微镜分析了1000多个中心粒在不同生长阶段的六个亚结构域中 24 种蛋白的位置。

重建图像，让它们运动起来

Hamel解释说，“这项非常繁琐的研究之后是伪时间运动学重建（pseudo-temporal kinematic reconstruction）。换句话说，我们能够将中心粒生物发生过程中随机拍摄的数千张图像按时间顺序排列起来，利用我们开发的计算机分析方法重建中心粒亚结构域形成的各个阶段。这种独特的方法结合了极高分辨率的膨胀显微镜和运动学重建，使我们能够首次建立人类中心粒的四维组装模型。”

Guichard总结说，“我们的研究不仅加深了我们对中心粒形成的理解，还为细胞和分子生物学开辟了令人难以置信的前景，因为这种方法可以应用于其他大分子和细胞结构，研究它们在空间和时间上的组装。”（生物谷 Bioon.com）

参考资料：

Marine H. Laporte et al. Time-series reconstruction of the molecular architecture of human centriole assembly. Cell, 2024, doi:10.1016/j.cell.2024.03.025.

The genesis of our cellular skeleton, image by image
https://www.unige.ch/medias/en/2024/la-genese-de-notre-squelette-cellulaire-image-par-image