STED显纳镜显示线粒体蛋白质的合成情况

人类线粒体DNA编码了13种重要的多肽，这些多肽是连接氧化磷酸化（OXPHOS）复合物的多亚基复合物的组成部分，这些复合物主要存在于内陷的嵴膜上。内界膜（IBM）含有丰富的动态接触位点，用于从细胞膜导入蛋白质的移位酶。

大多数OXPHOS亚单位采用核编码，因此必须通过外膜在与内界膜的接触位点处从胞浆中导入。

由于大多数OXPHOS成分导入后需与mtDNA编码的成分整合组装，那么线粒体内翻译发生于何处？

由于线粒体编码的成分也是这些复合物的组成部分，所以蛋白质合成发生于何处？

题图：以STED显纳镜分辨率拍摄的人类线粒体网络截面。(更多细节见图1）。

本论文采用了基于点击化学的方法，并结合受激发射损耗显纳镜（STED）来解决以上问题。报告显示，在培养的人类细胞中，大部分线粒体蛋白质的合成是在嵴膜上检测到的，且在空间上与RNA加工和成熟的位点相分离。

图1：图片显示了人类线粒体网络截面，以共聚焦显微镜和STED显纳镜的分辨率拍摄，用775nmSTED激光器损耗AF594，用660nmSTED激光器损耗AF532。这些图片是显示新合成蛋白质的亚线粒体位置的关键图像。绿色的荧光信号代表新合成的线粒体蛋白，品红色是线粒体内界膜中发现的线粒体蛋白（TIM23）的免疫荧光抗体。

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Zorkau M., Albus C., Berlinguer-Palmini R., Chrzanowska-Lightowlers Z. & Lightowlers R.

Zorkau M., Albus C., Berlinguer-Palmini R., Chrzanowska-Lightowlers Z. & Lightowlers R.

High-resolution imaging reveals compartmentalization of mitochondrial protein synthesis in cultured human cells

PNAS February 9, 2021 118 (6) e2008778118; 

https://doi.org/10.1073/pnas.2008778118

线粒体是重要的细胞器，可产生支持生物细胞整个生命周期所需的能量。然而，传统的荧光显微镜分辨率不足以对线粒体嵴进行可视化。本研究证实了光学STED显纳镜能以纳米级分辨率长时间研究细胞内的生理过程。

本研究开发了一种增强型方酸变体染料（MitoESq-635），以超高分辨率方法研究活细胞中线粒体嵴的动态结构。对活体HeLa细胞中的线粒体内膜进行了超过50分钟的延时成像（每帧3.9秒，间隔71.5秒），分辨率为35.2nm。可清楚地观察到线粒体融合和裂变过程中线粒体嵴的形态和形状。在与低功率STED结合使用的情况下，MitoESq-635的标记特异性和性能使其非常适合作为线粒体长期超高分辨率成像的下一代标准方法。

图1：共焦显微镜（左）和STED显纳镜（右）成像的比较。图像中的绿色虚线所示的强度截面表明，用STED超高分辨率显微镜可获得35.2nm的分辨率。比例尺为5µm。

图2：线粒体的延时STED成像显示了融合过程中线粒体嵴的动态变化。线粒体发生了从线状到气泡状的动态变化。上面两行的比例尺为2μm，下面一行的比例尺为1μm。

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Yang X., Yang Z., Wu Z., He Y., ShanC., Chai P., Ma C., Tian M., Teng J., Jin D., Yan W., Das P., Qu J. & Xi P.:

Yang X.、Yang Z.、Wu Z.、He Y.、ShanC.、Chai P.、Ma C.、Tian M.、Teng J.、Jin D.、Yan W.、Das P.、Qu J.和Xi P.：

Mitochondrial dynamics quantitatively revealed by STED nanoscopy with an enhanced squaraine variant probe

Nature Communications volume 11, Article number: 3699 (2020)