走査イオンコンダクタンス顕微鏡を使用したアポトーシスの初期段階での単一ニューロンの形態学的変化のタイムラプスイメージング

アポトーシスは、多くの生理学的および病理学的状態で重要な役割を果たします。細胞体積の減少、細胞膜ブレビング、および細胞膜の内側のリーフレットから外側のリーフレットへのホスファチジルセリンの転座を含むアポトーシスの生化学的および形態学的特性は、食細胞検出のために重要なイベントと見なされます。その重要性にもかかわらず、生細胞の生物学的変化と形態学的変化との関係は議論の余地があります。イオンコンダクタンス顕微鏡のスキャンは、これらの一連の変化を調査するための適切な手法です。これにより、プローブとサンプル表面との間の機械的相互作用が高分解能であるため、生細胞の形態を観察できるようにするためです。ここでは、アポトーシス量の減少、膜ブレビング、ホスファチジルセリンの転座など、走査イオンコンダクタンス顕微鏡を使用して、アポトーシス量の減少、膜ブレビング、ホスファチジルセリンの転座など、アポトーシスの初期段階での単一ニューロンの生化学的および形態学的変化を調査しました。アポトーシスニューロンの時間コースイメージングは​​、ホスファチジルセリン転座と同様の開始時間を持つ、スタウロスポリンとその後の膜ブレブ形成にさらされた後、アポトーシス量が減少したことを示しました。我々の結果は、細胞体積の減少がアポトーシスの最も初期の形態学的変化の1つであり、その後の生物学的および形態学的変化として膜ブレビングおよびホスファチジルセリンの転座が起こることを示しています。これは、イオンコンダクタンス顕微鏡（SICM）をスキャンすることにより、アポトーシス容積の減少から膜ブレビングおよびPS転座までのこの一連の形態学的および生化学的変化を説明する最初のレポートです。この新しい直接的なイメージング手法は、細胞内の生化学的イベントと細胞の形態学的変化との関係に関する新しい洞察を提供します。

Apoptosis plays an important role in many physiologic and pathologic conditions. The biochemical and morphological characteristics of apoptosis including cellular volume decrease, cell membrane blebbing, and phosphatidylserine translocation from the inner to the outer leaflet of the cell membrane are considered important events for phagocyte detection. Despite its importance, the relationship between the biological and morphological changes in a living cell has remained controversial. Scanning ion conductance microscopy is a suitable technique for investigating a series of these changes, because it allows us to observe the morphology of living cells without any mechanical interactions between the probe and the sample surface with a high resolution. Here, we investigated the biochemical and morphological changes in single neurons during the early stages of apoptosis, including apoptotic volume decrease, membrane blebbing and phosphatidylserine translocation, by using scanning ion conductance microscopy. Time-course imaging of apoptotic neurons showed there was a reduction in apoptotic volume after exposure to staurosporine and subsequent membrane bleb formation, which has a similar onset time to phosphatidylserine translocation. Our results show that a reduction in cellular volume is one of the earliest morphological changes in apoptosis, and membrane blebbing and phosphatidylserine translocation occur as subsequent biological and morphological changes. This is the first report to describe this series of morphological and biochemical changes ranging from an apoptotic volume decrease to membrane blebbing and PS translocation by scanning ion conductance microscopy (SICM). This new and direct imaging technique will provide new insight into the relationship between biochemical events inside a cell and cellular morphological changes.