Multi-SIM助力何康敏团队揭示细胞囊泡循环新机制

 

背景知识

 

 

内吞作用是通过质膜的变形运动将细胞外物质转运入细胞内的一种囊泡运输过程,是细胞摄取外部溶液、固体颗粒和细胞外分泌的重要机制之一,内吞后的货物会被运送到早期内体进行分选,其中大约70-80%的内吞后蛋白会通过循环途径再次回到细胞膜。然而,对于上千种不同膜蛋白的循环途径以及机制仍然知之甚少。

内吞作用的不同途径(Ref: Pathak C et al., Int J Mol Sci, 2023)

 

论文突破

 

 

2024年9月19日,中国科学院遗传与发育生物学研究所的何康敏团队在Nature Cell Biology杂志在线发表了题为“Clathrin-associated carriers enable recycling through a kiss-and-run mechanism”研究论文。该研究揭示了一条新型快速的囊泡循环途径,并将其命名为CARP(Clathrin-associated Fast Endosomal Recycling Pathway)。

 

Multi-SIM在该工作中的贡献

 

 

1.纳析科技独家GI-SIM助力活细胞动态实验

 

2. Multi-SIM的部分助力结果

何康敏团队在成像时发现细胞内除了存在clathrin和AP2双阳性的内吞囊泡,还存在一类在细胞膜上短暂停留的clathrin阳性而AP2阴性的囊泡,其能够快速招募细胞膜上的磷酸肌醇分子PI(4,5)P2特异的耦合探测探针。Multi-SIM超分辨成像证实clathrin阳性而AP2阴性的囊泡是来自于细胞内的囊泡结构,其能够与细胞膜发生短暂互作并再次回到细胞内(如图A和视频),其独特的动力学与经典的内吞囊泡和循环囊泡均不同,命名为CARP囊泡。

图A

图注: 使用GI-SIM模态拍摄CLTA-TagRFP+/+ AP2-Halo+/+的SUM159细胞,并稳定表达 EGFP-sensor,使用GI-SIM模态进行数据采集,间隔时间为2 s。图中白色箭头指示的是AP2阴性clathrin阳性的囊泡,6-16 s 说明CARP囊泡与细胞膜短暂互作过程;青蓝色箭头指示内吞事件。

 

通过Multi-SIM(Low NA GI-SIM模态)对标记后的细胞进行图像采集证实CARP囊泡生成于早期内体,利用该设备的超高空间分辨率优势,进一步验证了CARP囊泡成分(Rab1a、Rab11a、CLTA、VPS35)共定位于早期内体(EEA1)的一侧。图B的荧光图像与相关性曲线双重说明CARP囊泡成分与EEA1的共定位。

图B

图注:在稳定表达Arf1-mEGFP和 Halo–EEA1 (pool)的双阳细胞中分别瞬时表达mScarlet-I-Rab1a (a), mScarlet-I-Rab11a (b), CLTA-mScarlet-I (c) or VPS35-mScarlet-I (d),Multi-SIM系统中的GI-SIM模态成像结果显示CARP囊泡成分与Arf1以及EEA1标记的早期内体的共定位情况及统计分析后的相关性程度分布曲线。

 

3.Multi-SIM在该研究中起到的关键作用

该研究使用了Multi-SIM结构光超分辨智能显微镜系统的GI-SIM模态,实现了对活细胞内超快动态事件的纳米级分辨率成像。首先,细胞中囊泡运动速度较快,Multi-SIM是具有超高速采集能力且低光毒性的显微镜,能实现对相关蛋白的长时程实时动态追踪;另外,EEA1标记的早期内体尺寸较小,Multi-SIM的超高空间分辨率特点能够将空心囊泡状结构清晰分辨,实现高效助力。

 

 

原文献链接

https://www.nature.com/articles/s41556-024-01499-4

 

 

 

2024-10-09