Техника нейровизуализации: живите изнутри клетки в режиме реального времени

Активные формы кислорода являются важными внутриклеточными сигнальными молекулами, но их механизм действия сложен: в низких концентрациях они регулируют ключевые аспекты клеточной функции и поведения, а в высоких концентрациях они могут вызывать «окислительный стресс», который повреждает органеллы, мембраны и ДНК. Чтобы проанализировать, как происходит передача окислительно-восстановительных сигналов в отдельных клетках и органеллах в реальном времени, инновационная методика оптической микроскопии была разработана совместно командами профессора LMU Мартина Кершенштайнера и профессора TUM Томаса Мисгельда, исследователей Мюнхенского кластера системной неврологии (SyNergy ).«Наш новый оптический подход позволяет нам визуализировать окислительно-восстановительное состояние важных клеточных органелл, митохондрий, в реальном времени в живой ткани», — говорит Кершенштайнер. Митохондрии — это энергетические установки клетки, которые преобразуют питательные вещества в полезную энергию. В более ранних исследованиях Кершенштейнер и Мисгельд получили доказательства того, что окислительное повреждение митохондрий может способствовать разрушению аксонов при воспалительных заболеваниях, таких как рассеянный склероз.

Новый метод позволяет им регистрировать степень окисления отдельных митохондрий с высоким пространственным и временным разрешением. Кершенштайнер объясняет мотивацию разработки метода: «Редокс-сигналы выполняют важные физиологические функции, но также могут вызывать повреждение, например, когда присутствуют в высоких концентрациях вокруг иммунных клеток».

Первые сюрпризыКершенштайнер и Мисгельд использовали редокс-чувствительные варианты зеленого флуоресцентного белка (GFP) в качестве инструментов визуализации. «Объединив их с другими биосенсорами и жизненно важными красителями, мы смогли разработать подход, который позволяет нам одновременно отслеживать окислительно-восстановительные сигналы вместе с токами кальция в митохондриях, а также изменения электрического потенциала и градиента протонов (pH) в митохондриях. мембрана », — говорит Томас Мисгельд.Исследователи применили эту технику к двум экспериментальным моделям и пришли к неожиданным выводам.

С одной стороны, они впервые смогли изучить индукцию окислительно-восстановительного сигнала в ответ на нервное повреждение — в данном случае повреждение спинного мозга — в нервной системе млекопитающих. Наблюдения показали, что разрыв аксона приводит к волне окисления митохондрий, которая начинается в месте повреждения и распространяется по волокну.

Кроме того, было показано, что приток кальция к месту резекции аксонов является важным для последующего функционального повреждения митохондрий.Возможно, самым удивительным результатом нового исследования было то, что первый автор исследования, аспирант Майкл Брекволдт, также впервые смог представить себе спонтанные сокращения митохондрий, которые сопровождаются быстрым изменением окислительно-восстановительного состояния органелл. . Как объясняет Мизгельд: «Это, по-видимому, безотказная система, которая активируется в ответ на стресс и временно ослабляет митохондриальную активность. При патологических условиях сокращения становятся более продолжительными и могут стать необратимыми, что в конечном итоге может привести к непоправимому повреждению нервный отросток ».


Оставьте комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *