4D顯微鏡揭示瘧原蟲如何侵入紅細(xì)胞

裂殖子誘導(dǎo)快速和局部的膜變形，使宿主細(xì)胞能夠侵入。感染性裂殖子的內(nèi)化需要宿主膜和細(xì)胞骨架的顯著形態(tài)變化。以前的成像方法表明，寄生液泡膜 (PVM) 形成以允許寄生蟲膜分泌到宿主膜中。但 PVM 形成的具體機(jī)制如何運(yùn)作仍不清楚。

“更詳細(xì)地了解寄生蟲如何侵入紅細(xì)胞可能會揭示阻止寄生蟲生命周期這一階段的新方法，這可能會導(dǎo)致急需的新療法，”動態(tài)成像中心負(fù)責(zé)人 Kelly Rogers 博士解釋說。在沃爾特和伊麗莎霍爾研究所 (WEHI) 的一份聲明中。

由于動態(tài) PVM 形成是在 10-20 秒內(nèi)完成的，以前研究機(jī)制的方法是不夠的。現(xiàn)在，來自澳大利亞 WEHI 的一個(gè)研究人員合作團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種使用晶格光片顯微鏡 (LLSM) 的方法，通過快速體積成像來跟蹤寄生蟲在入侵期間與宿主細(xì)胞膜的相互作用。

晶格光片顯微鏡是一種先進(jìn)的成像技術(shù)，使研究人員能夠以前所未有的細(xì)節(jié)實(shí)時(shí)觀察細(xì)胞和器官。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了一種雙攝像頭系統(tǒng)，使他們能夠以 4D 方式對惡性瘧原蟲入侵紅細(xì)胞進(jìn)行成像。該系統(tǒng)提供的體積數(shù)據(jù)具有高時(shí)空分辨率、更大的視野、更好的信噪比和更少的光漂白。物理學(xué)、工程學(xué)和生物學(xué)領(lǐng)域的專家共同努力實(shí)現(xiàn)了這種新方法。

“過去，為實(shí)驗(yàn)選擇顯微鏡必須在捕獲較低分辨率的視頻(顯示形狀變化或運(yùn)動等動態(tài)過程)和捕獲更高清晰度的靜止圖像之間進(jìn)行折衷，后者提供了更多細(xì)節(jié)細(xì)胞和分子正在發(fā)揮作用，”第一作者、WEHI 的晶格光片專家 Niall Geoghegan 博士說。“LLSM 使我們能夠獲得高分辨率的細(xì)胞視頻，這改變了許多生物學(xué)研究領(lǐng)域的游戲規(guī)則。”

成像實(shí)驗(yàn)的結(jié)果表明，PVM 主要由紅細(xì)胞膜形成，紅細(xì)胞膜經(jīng)歷生物物理變化，并在整個(gè)入侵過程中不斷重塑。這個(gè)過程開始于鈣的流入，以及從寄生蟲的頂端形成的大突起。

接下來，膽固醇在寄生蟲-宿主界面積聚。膽固醇具有內(nèi)在的負(fù)曲率，這可能有助于在內(nèi)陷過程中穩(wěn)定宿主膜上的大曲率。最后，PVM 是通過相對膜的半融合(雙層融合)形成的。

Cindy Evelyn 說：“我們錄制的視頻顯示了當(dāng)寄生蟲落在紅細(xì)胞上，然后進(jìn)入一個(gè)封閉的房間——稱為液泡——的細(xì)胞時(shí)，‘推拉’的相互作用，它在那里生長和繁殖，” WEHI 動態(tài)成像中心的顯微鏡專家。“長期以來，該領(lǐng)域一直存在關(guān)于液泡來自寄生蟲還是宿主細(xì)胞的爭論。我們的研究解決了這個(gè)問題，揭示了它是由紅細(xì)胞膜產(chǎn)生的。”

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