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本研究では培養細胞(マウス胎児由来線維芽細胞、HeLa)に各種脱共役剤投与し、その直後から起こるミトコンドリア形態変化を光学顕微鏡と電子顕微鏡を用いて相関的に観察する研究を行った。ミトコンドリアの動的変化を光学顕微鏡で動画撮影し、形態変化直後のミトコンドリアを電子顕微鏡FIB/SEMで微細構造を追跡する方針である。初年度(2018年度)は、当初の研究実施計画に沿い、各試薬(脱共役剤)投与後でのミトコンドリア形態変化をLive-imaging 3D-光・電子相関顕微鏡観察法 (Live-imaging 3D-CLEM)を用いて追跡し、次年度以降に得られたデータを三次元化し形態観察を行った。脱共役剤であるCCCP、Valinomycin投与後に、細胞内のミトコンドリアは光学顕微鏡でリング状に観察されるが、電子顕微鏡レベルの分解能では3次元形態は赤血球状、壷状といった膜の陥入を特徴とした独特の形態に収束することが分かった。また、試薬投与後24時間経過した群でも膜の陥入構造は維持されたままであり、マトリックスの膨化やクリステ構造の変化が確認された。しかし、A23187投与群では陥没構造を有するミトコンドリアは出現せず、球体構造に収束する傾向にあった。 得られたデータは3次元解析ソフトにて三次元化し、そのSTLデータから3Dプリンターを用い、手にとって視認可能な3D模型を作製した。今回の結果からCCCP投与モデルと同一形態に収束するタイプと異なる形態様式を示すミトコンドリア形態変化が存在することを確認することができた。
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