Новый метод визуализации ресничек в 3D с рекордным разрешением

Исследователи из Университета Брандейса разработали новую модель для изучения клеточных ресничек с беспрецедентной детализацией, что позволило лучше понять их форму, структуру и взаимодействие с окружающей средой.

Команда под руководством профессоров биологии Даниэлы Никастро и Пиали Сенгупты опубликовала результаты в журнале eLife 25 марта.

Реснички — это антенноподобные выросты клеток, выполняющие различные функции: от движения клеток и жидкостей до сенсорных задач. У человека зрение, слух и обоняние зависят от ресничек. Например, обонятельные нейроны имеют пучок из 6–17 ресничек, содержащих белки для распознавания запахов. Нарушения в работе ресничек приводят к таким расстройствам, как аносмия (потеря обоняния), слепота или поликистоз почек.

Учёные исследовали реснички в сенсорных нейронах круглых червей. Для этого они использовали передовую методику:

• Сверхбыстрая заморозка: червей замораживали за миллисекунды при давлении, почти вдвое превышающем давление в самой глубокой точке океана.
• Замещение воды: замёрзшие молекулы воды медленно заменяли на консервирующий раствор.
• Ультратонкие срезы: нос червя нарезали на срезы толщиной примерно в 1400 раз меньше листа бумаги.

Для получения изображений использовали просвечивающую электронную микроскопию и электронную томографию. Более 120 000 изображений были скомбинированы компьютером в 3D-реконструкции и модели.

Результаты — детализированные 3D-модели различных типов ресничек, отходящих от 50 нейронов. Их формы варьируются от простых стержней до сложных структур, напоминающих листья, лозы, плакучие ивы или кроны деревьев. Высокое разрешение позволило обнаружить дендритные ветви, которые в 40 раз тоньше бактерии E. coli.

Понимание разнообразия форм ресничек и их структур помогает учёным исследовать связь между архитектурой и сенсорными функциями, а также гены, контролирующие эту уникальную архитектуру.