ミトコンドリアは、細胞内で形態学的および機能的に不均一です

ミトコンドリアが単一の無傷の細胞内で形態的に連続的かつ機能的に均質なエンティティを表しているかどうかを調査しました。ミトコンドリアの物理的連続性は、ミトコンドリア標的DSRED1またはカルセインからの蛍光の3次元再構成によって決定されました。HELA、PAEC、COS-7、HUVEC、肝細胞、皮質星状細胞、ニューロン細胞のミトコンドリアはすべて不均一な分布を示し、サイズが異なりました。個々の隔離されたミトコンドリアがはっきりと見られる細胞末梢よりも、核周囲の位置にミトコンドリアの密度が密集していました。光退色後の蛍光回復を使用して、DSRED1とカルセインは個々のミトコンドリアのマトリックス内で非常に可動性があり、細胞内のミトコンドリアは管腔に連続していないことを観察しました。ミトコンドリアは電気的に結合されていませんでした。これは、TMREに浸した細胞の照射後、個々のミトコンドリアのみが脱分極することが観察されたためです。単一細胞におけるミトコンドリアの機能的不均一性は、膜電位、ホルモン的に誘発されたサイトゾルカルシウムシグナルの隔離、およびテルトブチルヒドロペルオキシドに応答した透過性遷移細孔開口のタイミングに関して観察されました。私たちのデータは、個々の細胞内のミトコンドリアが形態学的に不均一で接続されていないため、異なる機能特性を持つことができることを示しています。

We investigated whether mitochondria represent morphologically continuous and functionally homogenous entities within single intact cells. Physical continuity of mitochondria was determined by three-dimensional reconstruction of fluorescence from mitochondrially targeted DsRed1 or calcein. The mitochondria of HeLa, PAEC, COS-7, HUVEC, hepatocytes, cortical astrocytes and neuronal cells all displayed heterogeneous distributions and were of varying sizes. There was a denser aggregation of mitochondria in perinuclear positions than in the cell periphery, where individual isolated mitochondria could be seen clearly. Using fluorescence-recovery after photobleaching, we observed that DsRed1 and calcein were highly mobile within the matrix of individual mitochondria, and that mitochondria within a cell were not lumenally continuous. Mitochondria were not electrically coupled, since only individual mitochondria were observed to depolarize following irradiation of TMRE-loaded cells. Functional heterogeneity of mitochondria in single cells was observed with respect to membrane potential, sequestration of hormonally evoked cytosolic calcium signals and timing of permeability transition pore opening in response to tert-butyl hydroperoxide. Our data indicate that mitochondria within individual cells are morphologically heterogeneous and unconnected, allowing them to have distinct functional properties.