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.2013年2月26日；110(9):3375-80.
doi:10.1073/pnas.1219206110。 Epub 2013年2月11日。

相关活细胞和超分辨显微镜揭示了微管交叉处的货物运输动力学

什特凡·巴林 1, 伊昂·凡尔登·维拉诺娃（Ione Verdeny Vilanova）, 天使桑多瓦尔阿尔瓦雷斯, 梅利克·拉卡达米亚利
附属公司

相关活细胞和超分辨显微镜揭示了微管交叉处的货物运输动力学

什特凡·巴林等。 美国国家科学院程序. .

摘要

细胞内转运在维持极化细胞的组织中起着重要作用。运动蛋白在长距离运输过程中沿着微管束缚和移动货物，将其运送到其适当的功能位置。为了到达目的地，货载发动机必须克服前进的障碍，例如微管之间的交叉点。可视化发动机如何通过这些障碍物的能力可以提供有关高效运输机制的重要信息。在这里，我们首先开发了一种基于单粒子跟踪和超分辨率显微镜的全光相关成像方法，以高时空分辨率将货物的运输轨迹映射到单个微管。然后我们用这种方法研究微管-微管交叉处溶酶体的行为。我们的结果表明，只有当交叉微管的分离距离小于～100 nm时，交叉会造成严重的阻碍，导致长时间的传输暂停。然而，通过切换到交叉微管或最终通过交叉点，高保真的电机通常可以克服障碍。有趣的是，在交叉路口后，运动极性（顺行或逆行）保持的趋势很大，这表明运动活动受到高度调节，以维持特定方向的运输。这些结果揭示了细胞骨架几何形状对货物运输的影响，并对货运汽车通过复杂细胞骨架网络设置的障碍物的机动机制具有重要意义。

PubMed免责声明

利益冲突声明

作者声明没有利益冲突。

数字

图1。
图1。
全光相关活细胞和超分辨率成像的工作流程。以高时间分辨率录制实时延时电影。然后将样品原位固定，并用与光开关荧光团结合的抗体进行染色，以进行免疫荧光和超分辨率成像（STORM）。然后记录微管网络的STORM图像。单粒子跟踪用于从实时电影中获取轨迹，这些轨迹使用可信标记与微管的STORM图像精确对齐。IF，免疫荧光。
图2。
图2。
相关的活细胞和超分辨率成像可以在细胞骨架的背景下解释货物动力学。(上部)传统的溶酶体双色电影的多个画面（红色虚线圆圈表示从溶酶体图像确定的单个溶酶体的位置）和微管（绿色）。溶酶体的轨迹（红线）多次被微管图像覆盖。(下部)与相同的区域上部但用传统的微管图像替换为微管的终点STORM图像。溶酶体轨迹可以高保真地映射到STORM图像中的单个微管。
图3。
图3。
微管交叉处的溶酶体行为。(A类)显示微管交叉处四种不同类型溶酶体行为的示例。溶酶体轨迹已根据色标条进行了彩色编码，以显示时间。(最左边)暂停的一个例子：溶酶体迅速接近交叉点（红色箭头），由轨迹的紫蓝色部分表示，但在交叉点停留的时间较长，由轨迹中的蓝色部分表示。(中间左对齐)一个通过的例子：溶酶体以直线定向运动通过交叉点（红色箭头），轨迹的颜色变化基本一致。(中右对齐)交叉口处的微管轨道转换（红色箭头）。(极右翼)方向反转。(B类)显示暂停溶酶体百分比的直方图(n个=108），通过(n个=70），道岔轨道(n个=32），或反向(n个=12）微管交叉处。(C类)显示微管交叉处溶酶体行为的直方图分裂为顺行（红色条）和逆行（蓝色条）方向（顺行：n个=44暂停，n个=21道，n个=16开关，以及n个=6反向；逆行：n个=52暂停，n个=44道，n个=15开关，以及n个=4反向）。(D类)显示暂停后溶酶体次级行为的直方图。超车(n个=36）和切换(n个=38）可能性相同；倒车(n个=16）不太常见。
图4。
图4。
微管交叉处溶酶体行为与微管轴向分离的相关性。(A类)溶酶体延时电影中的六帧，其中溶酶体轨迹（红线）被微管的3D STORM图像覆盖。3D微管STORM图像的颜色编码表明z（z）-根据颜色刻度条定位。溶酶体遇到三个交叉点（红色箭头），其中微管分别轴向分开250、130和小于100 nm。溶酶体迅速通过第一个交叉点，到达第二个交叉点（前两帧）。它在第二个十字路口暂停2.5秒，然后超车（第2-4帧）。最后，它在第三个十字路口暂停1.5秒，然后超车（第4-6帧）。(B类)另一个例子显示溶酶体遇到两个交叉点，两者之间的距离小于100纳米。溶酶体暂停并缓慢通过第一个十字路口（第1-4帧），并在第二个十字街（第4-6帧）长时间暂停。(C类)显示暂停（红条）或通过（绿条）的溶酶体数量与微管轴向分离的直方图。(D类)显示改变轨道的溶酶体数量与微管轴向分离的直方图。
图5。
图5。
机械模型。当货物到达微管-微管交叉点时，交叉微管的轴向间距大于100 nm，对向前运动的阻碍最小，运输在同一微管上继续进行，不会中断(A类). 当交叉微管的轴向间距小于100 nm时，交叉点会形成一个主要障碍，使电机停转并暂时停止向前运动，直到障碍物被克服(B类). 未位于交叉微管之间的货物继续在同一微管上向前移动，而不会感觉到交叉点的阻碍(C类).
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