剑桥大学 学分:剑桥大学 研究人员已经确定了与神经退行性疾病(如帕金森氏症和运动神经元疾病)相关的细胞过程背后的驱动力
在今天发表在《科学进展》上的一项研究中，剑桥大学的研究人员表明，细胞内的微小成分是有效蛋白质生产背后的生物引擎
内质网是细胞的蛋白质工厂，生产和修饰确保健康细胞功能所需的蛋白质
它是细胞最大的细胞器，以管状和片状的网状结构存在
内质网迅速移动并不断改变形状，在任何给定的时刻跨越细胞延伸到任何需要它的地方
剑桥大学化学工程和生物技术系(CEB)的研究人员利用超分辨率显微镜技术发现了这些运动背后的驱动力——这一突破可能对神经退行性疾病的研究产生重大影响
“众所周知，内质网具有非常动态的结构——在细胞内不断伸展和延伸其形状，”博士说
路萌，克莱门斯·卡明斯基教授领导的激光分析小组的副研究员
“急诊室需要能够高效、快速地到达所有地方，以便在需要时随时随地在病房内履行基本的内务管理职能
这种能力的损害与帕金森氏症、阿尔茨海默氏症、亨廷顿氏症和肌萎缩侧索硬化症等疾病有关
到目前为止，对内质网如何实现这些快速而迷人的形状变化以及它如何对细胞刺激做出反应的了解有限
" 陆和他的同事发现另一个细胞成分掌握着关键——小结构，看起来像包含在膜中的微小液滴，称为溶酶体
溶酶体可以被认为是细胞的回收中心:它们捕获受损的蛋白质，将它们分解成最初的构件，这样它们就可以被重新用于生产新的蛋白质
溶酶体也起着传感中心的作用——接收环境信号，并将这些信号传递给细胞的其他部分，细胞也相应地进行适应
用光诱导溶酶体(绿色)顺行运动导致内质网网络(洋红色)快速和显著的延伸
通过基于卷积神经网络的图像分割来重建图像
学分:剑桥大学 在任何时候，细胞周围都可能有多达1000个左右的溶酶体，随着它们的出现，内质网似乎以一种明显协调的方式改变其形状和位置
令剑桥科学家惊讶的是，他们发现了细胞内微小溶酶体的运动和大型内质网网络重塑过程之间的因果联系
“我们可以证明是溶酶体自身的运动迫使内质网在细胞刺激下重塑，”卢说
“当细胞感觉到需要溶酶体和内质网到达细胞的远端时，溶酶体就会像微型火车头一样把内质网拉向它们
" 从生物学的角度来看，这是有道理的:溶酶体作为细胞内的传感器，内质网作为反应单位；协调它们的同步功能对细胞健康至关重要
为了发现两种非常不同的细胞器之间令人惊讶的联系，卡明斯基的研究小组利用了新的成像技术和机器学习算法，这给了他们对细胞内部工作的前所未有的洞察力
卡明斯基说:“令人着迷的是，我们现在能够观察活细胞内部，并以如此详细和实时的方式看到细胞机器惊人的速度和动态。”
“就在几年前，观察细胞器在细胞内的活动是不可想象的
" 研究人员使用高速投射到活细胞上的照明模式，以及先进的计算机算法来恢复比人类头发宽度小100多倍的信息
以视频速率捕捉这样的信息直到最近才成为可能
研究人员还使用机器学习算法从成千上万的数据集中自动提取内质网网络和溶酶体的结构和运动
活细胞超分辨率成像显示内质网网络(洋红色)正在经历不断的动态重塑，它与溶酶体(绿色)相结合
信用:
学分:剑桥大学 该团队将他们的研究扩展到神经元或神经细胞——具有长突起的特殊细胞，称为轴突，信号沿着轴突传递
轴突是极薄的管状结构，目前还不知道非常大的内质网网络是如何在这些结构中协调运动的
这项研究显示了溶酶体如何容易地沿着轴突移动，并将内质网拖到轴突后面
研究人员还展示了削弱这一过程对生长中的神经元的发育是多么有害
研究人员经常看到溶酶体充当内质网结构断开或断裂部分的修复引擎，将它们再次融合成一个完整的网络
因此，这项工作对于理解神经系统疾病及其修复是相关的
研究小组还研究了这种耦合运动的生物学意义，为溶酶体的感知提供了刺激——在这种情况下是营养物质
可以看到溶酶体向这个信号移动，将内质网网络拖在后面，这样细胞就可以引发适当的反应
“到目前为止，关于内质网结构对代谢信号的调节还知之甚少，”卢说
“我们的研究提供了溶酶体之间的联系，溶酶体是主动控制局部内质网反应的传感器单位
" 该团队希望他们的见解对那些研究疾病和细胞反应之间联系的人来说是非常宝贵的，他们自己的下一步将集中在研究帕金森氏症和阿尔茨海默氏症等疾病的雌激素受体功能和功能障碍上
神经退行性疾病与受损和错误折叠蛋白质的聚集有关，因此了解内质网功能的潜在机制对于研究其治疗和预防至关重要
卡明斯基说:“内质网和溶酶体的发现多年前就获得了诺贝尔奖——它们是健康细胞功能所必需的关键细胞器。”
“令人着迷的是，关于这个系统还有很多东西需要学习，这对于寻找这些毁灭性疾病的原因和治疗方法的基础生物医学科学来说非常重要
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