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秀麗隱桿線蟲中自噬過程的高對比度成像
通過使用Small Volume Computational Clearing（SVCC）的THUNDER Imager Model Organism機(jī)型對模型生物秀麗隱桿線蟲（一種線蟲）進(jìn)行高對比度成像，可幫助更深入地理解自噬與老年病之間的關(guān)聯(lián)。自噬是一個自然的過程，細(xì)胞通過這個過程來自我毀滅，以產(chǎn)生能量并維持細(xì)胞活性。感染或癌癥等疾病引發(fā)的應(yīng)激通常會觸發(fā)以病原體或癌細(xì)胞為目標(biāo)的自噬。自噬與年齡相關(guān)的神經(jīng)退行性疾病之間的關(guān)系尚不清楚，對這種關(guān)系的深入理解可能有助于維持長期健康。使用高對比度THUNDER成像進(jìn)行的秀麗隱桿線蟲自噬機(jī)制研究可能有助于將其推向臨床應(yīng)用，從而實現(xiàn)這一目標(biāo)。
引言
自噬是一種受調(diào)節(jié)的自我吞噬過程，其能幫助細(xì)胞維持穩(wěn)態(tài)并重新獲得能量[1,2]。在基礎(chǔ)狀態(tài)下，自噬可用于長壽命蛋白的降解等，但它主要是在應(yīng)激反應(yīng)中被誘發(fā)。在感染這樣的應(yīng)激狀態(tài)下，其會靶向病原體，以進(jìn)行溶酶體降解。在癌細(xì)胞引發(fā)的代謝應(yīng)激中，自噬為細(xì)胞活性提供ATP，保持細(xì)胞活力。癌細(xì)胞會誘導(dǎo)自噬，使細(xì)胞吃掉自己，從而保護(hù)其免于細(xì)胞死亡。自噬的特征是形成自噬體，并涉及多個步驟：開始、成核、延伸、成熟和降解。雖然自噬與健康有關(guān)，但自噬與老年?。ㄈ缟窠?jīng)退行性疾病）之間的關(guān)系仍不清楚[2]。如果能更好地理解這種關(guān)系，就可能會開發(fā)出能促進(jìn)長期健康的臨床應(yīng)用。
線蟲秀麗隱桿線蟲是一種經(jīng)過充分研究的模型生物，使得我們可以在整體生物中研究自噬和年齡相關(guān)的病理機(jī)制[3,4]。
本文介紹如何使用THUNDER Imager對自噬和老年病進(jìn)行詳細(xì)的研究。
挑戰(zhàn)
對秀麗隱桿線蟲成像時，快速獲得銳利的高對比度3D成像，清晰展示重要細(xì)節(jié)的解決方案最為實用。常規(guī)的寬場顯微成像速度快，檢測靈敏度高，但是對厚標(biāo)本的成像，如整個生物體，通常會出現(xiàn)離焦信號模糊導(dǎo)致的對比度降低[5]。
方法
本研究中使用表達(dá)MAH215 [6]、GFP和mCherry的秀麗隱桿線蟲。MAH215是一種雙色熒光mCherry:GFP:LGG-1蛋白，其可對自噬體和自噬溶酶體進(jìn)行可視化，以監(jiān)測自噬流。GFP（綠色）表示自噬體，而mCherry（紅色）表示自噬溶酶體，后者可在酸性環(huán)境中淬滅GFP，從而導(dǎo)致發(fā)射mCherry信號。使用THUNDER Imager Model Organism對線蟲進(jìn)行成像，應(yīng)用Small volume computational clearing（SVCC）處理圖像[5]，然后生成最大強(qiáng)度投影。
結(jié)果
與傳統(tǒng)的寬場顯微鏡相比，THUNDER Imager Model Organism能夠清除非焦面信號，對秀麗隱桿線蟲進(jìn)行清晰的立體與宏觀成像[5]。這樣，就可以更加詳細(xì)地研究細(xì)胞過程并對其定量。
圖1：秀麗隱桿線蟲的宏觀擴(kuò)展景深圖像：原始寬場數(shù)據(jù)（左）和應(yīng)用SVCC后的THUNDER數(shù)據(jù)（右）。MAH215：自噬流，GFP（綠色）：自噬體，mCherry（紅色）：自噬溶酶體。
圖片來源：Aditi U. Gurkar博士，美國匹茲堡大學(xué)醫(yī)學(xué)系。
結(jié) 論
與傳統(tǒng)的寬場成像相比，THUNDER的Small volume computational clearing（SVCC）技術(shù)[5]在對秀麗隱桿線蟲成像時會顯著增強(qiáng)對比度，從而解析高度細(xì)節(jié)化和更加清晰的立體圖像。THUNDER技術(shù)具備的zhuo越成像功能有助于對自噬和老年病之間的關(guān)系進(jìn)行更深入的理解。
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