Cell：科学者が新型超分解能イメージング技術を開発し、細胞器相互作用の新現象を明らかにした

中国科学院生物物理研究所の李棟課題チームは、米ハワードヒューズ医学研究所博士のエリック・ベッツィ、ジェニファー・リップメント（Jennifer Lippincott-Schwartz氏）と協力して「細胞」（Cell）誌に研究論文「Visualizing intracellar organelle and cytoskeletal interactions at nanoscale resolution on millisecond timescales」を発表した。本文*はすれすれ入射構造光照明超分解能イメージング技術（GI-SIM）を採用し、細胞内の生理過程に対して高速、長時間、超分解能イメージングを行うことができ、この技術を利用して多種の細胞器間相互作用の新しい行為を発見した。

GI−SIMは生細胞に対して97 nm分解能、266枚毎秒のイメージング速度で1万枚近くの超分解能画像を連続的にイメージングすることができる。李棟が以前開発した全反射構造光照明超分解能イメージング技術（TIRF-SIM、Li et al.、Science、2015）に比べて、GI-SIMのイメージング深度と発生する信号量はいずれも10倍向上した、GI−SIMは、従来の共焦点顕微鏡やターンテーブル共焦点顕微鏡に比べて、2倍以上の空間分解能と10倍以上の画像形成速度を提供することができ、他の超分解能イメージング技術と比較して、細胞サイズの視野範囲では、GI−SIMは、10〜100倍より長いイメージング時間とともに、10倍より速いイメージング速度を提供することができる。GI−SIMは細胞内の複数の細胞器動態の最適化された2次元超分解能イメージングを実現し、これにより研究者は複数の細胞器相互作用の新しい挙動を発見した。例えば

（1）管状内質網の3つの新しい延長方式。

内質ネットワークのネットワーク構造の形成は、管状内質ネットワークの継続的な延長と融合によって行われる。これまでの研究では、管状内質網の延長方式には滑走（Sliding）と微小管重合端共成長（pTAC）の2種類が存在し、この研究では微小管解重合端牽引（dTAC）、ヒッチハイキング（Hitchhiking）と微小管非依存（Budding）の3種類の管状内質網の延長方式を発見した。

（2）ミトコンドリアと内質網の相互作用はミトコンドリアの分裂と融合に影響する。

ミトコンドリアの分裂は内質網と密接な関係があり、統計的にはミトコンドリア分裂事件の約85%がミトコンドリアと内質網の接触部位（contact sites）で発生することが分かった。さらに研究により、ミトコンドリア融合イベントの約60%がミトコンドリアと内質ネットの接触部位で発生し、内質ネットと接触しているミトコンドリア融合イベントは通常、内質ネットと接触していない融合イベントよりも速いことが分かった。

（3）多色GI−SIMイメージングにより、リソソーム−内質ネットワーク相互作用が細胞内のリソソームの動的輸送と分布を制御する上で重要な役割を果たすことが分かった。

（4）過去の研究では、運動状態にあるリソソームが管状内質網の瞬時破壊を引き起こすことを観測した内質網のみが融合によってそのネットワーク構造を変えることができることが発見された。

（5）この研究は哺乳動物細胞において異なる種類の細胞器間に広範な「ヒッチハイキング」（Hitchhiking）相互作用現象が存在することを確認し、ミトコンドリア、内質網などの細胞器の形態変化と移動は運動中の他の細胞器に搭載することにより実現でき、直接モーター蛋白を募集する必要はないことを観測した。

李棟課題グループ博士課程大学院生の郭玉婷氏とアシスタント研究員の李迪氏は共同著者、博士課程大学院生の張思微氏は第2著者である。李棟氏とエリック・ベッツィ氏、ジェニファー・リプチェンツ氏は共同通信の著者だ。中国科学院遺伝・発育生物学研究所の劉佳佳課題グループ、デューク大学のDan Kiehart課題グループが協力してこの課題に参加した。（バイオバレー）