细胞细胞器“换乘瞬间”全球首次捕捉…自噬运输之谜揭开[读懂科学]

在活细胞内，细胞器改变运动轨道、进行所谓“换乘（handoff）”的瞬间，被世界上首次实现实时捕捉。此前仅以假说形式提出的细胞器间移动机制，首次被沿时间轴直接观测。

基础科学研究院（IBS）分子光谱学及动力学研究组表示，研究团队成功以毫秒级、纳米级分辨率，将自噬过程中自噬体从内质网转移到微管的瞬间进行实时成像。

通过结合荧光显微镜与干涉散射成像观察到的活细胞内自噬体、微管和内质网结构。研究团队利用荧光标记的 LC3 蛋白识别自噬体与微管网络，并通过干涉散射成像可视化整个细胞形态及内质网的动态结构。由此精细追踪了自噬体的单个运动轨迹及其高速（200Hz）运动特性。研究团队提供

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自噬是细胞分解并再利用受损或不需要的蛋白质、细胞器，以维持稳态的关键生命现象。在这一过程中，自噬体在内质网上形成和生长，随后沿着微管移动并与溶酶体融合。

尤其是自噬体在内质网与微管接触的连接部位改变运动轨道的现象，早已被提出，但由于空间极其狭小、运动过于迅速，在活细胞中从未被直接观测到。

IBS研究团队构建了将自主开发的无标记干涉散射显微镜DySLIM（Dynamic scattering-particle localization interference microscopy）与荧光成像相结合的多模态成像系统。通过该系统，利用荧光追踪自噬体的位置和运动，同时以无标记方式同步观测内质网的网状结构及其动态变化。

研究团队特别在LC3蛋白上应用单一荧光标记，实现通过一个信号同时识别自噬体和微管的策略，并结合DySLIM，对内质网结构变化进行高速成像。

结果，研究团队成功以毫秒级时间分辨率和纳米级空间精度，实时捕捉到自噬体在内质网—微管接合部位发生转移的瞬间。

利用干涉散射显微镜，以毫秒级时间分辨率和纳米级空间精度解析的自噬体在内质网与微管之间的转移过程。图中展示了自噬体的详细运动轨迹，以及通过荧光与干涉散射结合成像所确认的自噬体、内质网和微管之间的空间关系。研究团队提供

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此次成果与既有研究明显不同之处在于，将细胞器运动并非视作静态快照，而是同时在时间与空间维度上进行解析。这是世界上首次在活细胞中以动力学方式阐明细胞器间转移过程的实验案例。

高丽大学物理学系教授 Hong Seokcheol 表示：“通过高速、高灵敏度成像技术直接观测细胞器间相互作用，为在时间和空间中同时解析微观世界代谢过程的‘动力学分解生物学’这一全新研究范式打开了大门。”

IBS研究组组长 Jo Minheng 称：“这是证明不依赖荧光标记的无标记高速纳米成像技术可行性的成果”，并表示“今后将把该技术发展为下一代无标记、分子选择性成像平台”。

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本研究结果以“通过观测细胞器换乘门户阐明内质网重塑与基于微管转运的直接耦合（Nanoscopy of Organelle Handoff Portals Reveals Direct Coupling between Endoplasmic Reticulum Remodeling and Microtubule-Based Transport）”为题，于本月21日（韩国时间）在线发表在国际学术期刊《ACS Nano》上。

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