Dreidimensionale Charakterisierung von interorganellen Kontaktstellen in Hepatozyten mittels serieller Schnittelektronenmikroskopie

Die Transmissionselektronenmikroskopie gilt seit langem als Goldstandard für die Visualisierung zellulärer Ultrastrukturen. Die Analyse ist jedoch oft auf zwei Dimensionen beschränkt, was die Fähigkeit behindert, die dreidimensionale (3D) Ultrastruktur und die funktionelle Beziehung zwischen Organellen vollständig zu beschreiben. Die Volumenelektronenmikroskopie (vEM) beschreibt eine Sammlung von Techniken, die die Abfrage der zellulären Ultrastruktur in 3D bei mesoskaligen, mikroskaligen und nanoskaligen Auflösungen ermöglichen.

Dieses Protokoll bietet eine zugängliche und robuste Methode zur Erfassung von vEM-Daten mittels serieller Schnittübertragung EM (TEM) und deckt die technischen Aspekte der Probenbearbeitung bis hin zur digitalen 3D-Rekonstruktion in einem einzigen, unkomplizierten Workflow ab. Um die Nützlichkeit dieser Technik zu demonstrieren, wird die ultrastrukturelle 3D-Beziehung zwischen dem endoplasmatischen Retikulum und den Mitochondrien und ihren Kontaktstellen in Leberhepatozyten vorgestellt. Interorganelle Kontakte spielen eine wichtige Rolle bei der Übertragung von Ionen, Lipiden, Nährstoffen und anderen kleinen Molekülen zwischen Organellen. Trotz ihrer ersten Entdeckung in Hepatozyten gibt es jedoch noch viel über ihre physikalischen Eigenschaften, Dynamik und Funktionen zu lernen.

Interorganellenkontakte können eine Reihe von Morphologien aufweisen, die sich in der Nähe der beiden Organellen zueinander (typischerweise ~ 10-30 nm) und der Ausdehnung der Kontaktstelle (von punktuellen Kontakten bis zu größeren 3D-zisternenartigen Kontakten) unterscheiden. Die Untersuchung enger Kontakte erfordert eine hochauflösende Bildgebung, und der serielle Schnitt TEM eignet sich gut, um die ultrastrukturelle 3D-Struktur von interorganellen Kontakten während der Hepatozytendifferenzierung sowie Veränderungen in der Hepatozytenarchitektur im Zusammenhang mit Stoffwechselerkrankungen zu visualisieren.