エレクトロスプレー連続経時解析によるリアルタイム細胞内小器官オミクス計測

使用随时间连续电喷雾分析进行实时细胞内细胞器组学测量

• 批准号: 19J13330
• 负责人: 中田 佳佑
• 金额: $ 1.34万
• 依托单位: Ehime University
• 依托单位国家: 日本
• 项目类别: Grant-in-Aid for JSPS Fellows
• 财政年份: 2019
• 资助国家: 日本
• 起止时间: 2019-04-25 至 2021-03-31
• 项目状态: 已结题
• 来源: https://kaken.nii.ac.jp/en/grant/KAKENHI-PROJECT-19J13330/
• 关键词: 細胞膨圧; プレッシャープローブ; 水ポテンシャル; 時空間分析; １細胞分析; オルガネラ; メタボロミクス; 質量分析; 細胞内小器官; 水分状態計測; エレクトロスプレー

本研究では，１細胞メタボローム分析法であるピコリットル・プレッシャープローブ・エレクトロスプレーイオン化質量分析（picoPPESI-MS）を用い，その時空間分析の堅牢性をテストするとともに，細胞・オルガネラレベルでの現象解明を行った．まず，みつ入りリンゴにおいて，picoPPESI-MSと原理の異なる２つの浸透圧計（蒸気圧法，凝固点降下法）による１細胞空間分解能でのメタボローム分析，水分状態計測を行った．みつ果では，みつ部位の細胞で発酵代謝が誘導され，揮発性成分の集積に由来する浸透圧値の差が認められるとともに，外果皮からみつ部位に向かう水の流れと膨圧勾配が検出された．合成されたアルコール，エステル類のアポプラスト空間への移動・蓄積に伴う水移動から，これらの細胞生理要因が引き金となってみつ独特の外観変化（色差）を引き起こした．次に，生きたトマトトライコーム柄細胞の原形質流動，水分状態，代謝物を経時計測するとともに，透過型電子顕微鏡でミトコンドリアの塩ストレス順化について解析した．その結果，ストレス条件下で，膨圧低下に伴う過渡的なカルジオリピン合成とミトコンドリア内膜構造変化が誘導され，原形質流動速度が低下することなく，細胞内エネルギー代謝が維持された．最後に，栽培環境下でのオオカナダモの葉緑体の採取と，picoPPESI-MSによる高感度分析のための前処理法を検討した．標的細胞内の葉緑体径に合わせたキャピラリー先端の穴のサイズ調節・葉緑体1個を含む細胞溶液の採取・代謝分析を行った．試料の凍結・解凍による葉緑体膜の破壊により，葉緑体内代謝物抽出を試みた結果，葉緑体を含む複数のオルガネラ由来の代謝物の信号強度の向上が確認された．以上から， picoPPESI-MSのメタボローム分析，水分状態計測の時空間分析の堅牢性と，植物細胞・オルガネラスケールの現象解明への有効性が示された．

在本研究中，我们使用皮升压力探针电喷雾电离质谱（picoPPESI-MS）这种单细胞代谢组分析方法来测试其时空分析的稳健性并阐明细胞和细胞器水平的现象。首先，我们使用 picoPPESI-MS 和两个不同原理（蒸气压法、冰点降低法）的渗透压计对蜂蜜苹果进行代谢组分析和单细胞空间分辨率的水分状态测量。在蜂蜜果实中，在蜂蜜部分的细胞中诱导发酵代谢，并且观察到由于挥发性成分的积累而导致的渗透压的差异，以及从外果皮到蜂蜜部分的水流和膨压梯度。水的运动伴随着合成的醇和酯向质外体空间的运动和积累，触发了这些细胞生理因素，导致蜂蜜独特的外观变化（色差）。接下来，我们测量了活番茄毛状茎细胞随时间的血浆流量、水状态和代谢物，并使用透射电子显微镜分析了线粒体对盐胁迫的适应。结果，在应激条件下，随着膨胀压降低，诱导短暂的心磷脂合成和线粒体内膜结构变化，并且细胞内能量代谢得以维持，而血浆流速不降低。最后，我们研究了在培养环境中收集大麻藻叶绿体并使用 picoPPESI-MS 进行高灵敏度分析的预处理方法。调整毛细管尖端孔的大小以匹配目标细胞中叶绿体的直径，收集含有一种叶绿体的细胞溶液，并进行代谢分析。尝试通过冷冻和解冻样品来破坏叶绿体膜来提取叶绿体内的代谢物，结果证实来自包括叶绿体在内的多种细胞器的代谢物的信号强度增加。以上证明了 picoPPESI-MS 在代谢组分析和水分状态测量时空分析方面的稳健性，及其在阐明植物细胞和细胞器尺度现象方面的有效性。

项目成果

On-site single pollen metabolomics reveals varietal differences in phosphatidylinositol synthesis under heat stress conditions in rice

• DOI: 10.1038/s41598-020-58869-9
• 发表时间: 2020-02-06
• 期刊: SCIENTIFIC REPORTS
• 影响因子: 4.6
• 作者: Wada, Hiroshi;Hatakeyama, Yuto;Nakano, Hiroshi
• 通讯作者: Nakano, Hiroshi

1細胞分析から、膨圧変化に伴う蜜入りリンゴの新たな代謝メカニズムが明らかに！

单细胞分析揭示了苹果加蜂蜜因膨胀压变化而产生的新代谢机制！