THUNDER小課堂：自噬與老年病

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(shí)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)具備的卓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。

References：
1.A.U. Gurkar, K. Chu, L. Raj, R. Bouley, S.-H. Lee, Y.-B. Kim, S.E. Dunn, A. Mandinova, S.W. Lee, Identification of ROCK1 kinase as a critical regulator of Beclin1-mediated autophagy during metabolic stress, Nature Communications (2013) vol. 4, iss. 1, 2189, DOI: 10.1038/ncomms3189.

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3.L. Marchal, S. Hamsanathan, R. Karthikappallil, S. Han, H. Shinglot, A.U. Gurkar, Analysis of representative mutants for key DNA repair pathways on healthspan in Caenorhabditis elegans, Mechanisms of Ageing and Development (2021) vol. 200, 111573, DOI: 10.1016/j.mad.2021.111573.

4.A.U. Gurkar, M.S. Gill, L.J. Niedernhofer, Genome Stability and Ageing, In A. Olsen, M. Gill, Eds. Ageing: Lessons from C. elegans. Healthy Ageing and Longevity (Springer, Cham., 2017) DOI: 10.1007/978-3-319-44703-2_11.

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