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I nanotubi a effetto tunnel (TNT) sono condotti di membrana basati su F-actina, principalmente aperti e svolgono un ruolo vitale nel trasferimento intercellulare di carichi e organelli1. La caratteristica unica dei TNT è che collegano le cellule vicine senza alcun contatto con il substrato; Sono lunghi oltre 10-300 μm e i loro diametri variano tra 50 nm e 1 μm 2,3. I TNT sono strutture transitorie e la loro durata dura da pochi minuti a diverse ore. I TNT sono stati dimostrati per la prima volta nelle cellule neuronali PC121; Successivamente, numerosi studi hanno dimostrato la loro esistenza in diversi tipi di cellule in vitro e in vivo 4,5. Diversi studi hanno rivelato il significato patologico dei TNT in vari modelli di malattia, come le malattie neurodegenerative, il cancro e le infezioni virali 6,7,8.
Le eterogeneità strutturali dei TNT sono state dimostrate da diversi studi in vari sistemi cellulari9. Le differenze si basano sulla composizione del citoscheletro, sul meccanismo di formazione e sui tipi di carico trasferiti10. In primo luogo, la continuità di membrana aperta, F-actina-positiva che si libra tra due cellule vicine e trasferisce organelli è considerata costituita da TNT11. Tuttavia, la mancanza di chiarezza o diversità osservata nella formazione dei TNT aumenta la difficoltà nello sviluppo di marcatori specifici per TNT. Pertanto, è difficile identificare le strutture TNT con metodi di rilevamento convenzionali e distinguere i nanotubi di membrana in termini di sporgenze aperte e chiuse12. Tuttavia, la caratteristica dei TNT di librarsi come sporgenze della membrana F-actina tra due cellule è relativamente più facile e più fattibile da identificare utilizzando le tecniche di imaging convenzionali. Altre protrusioni cellulari basate sull'actina come la filopodia e la filopodia dorsale non possono librarsi tra due cellule distanti, in particolare quando le cellule sono fisse. Da notare, i neuriti in via di sviluppo chiusi, accoppiati elettricamente, sono spesso definiti strutture simili a TNT13.
È noto che la F-actina svolge un ruolo importante nella formazione del TNT e diversi studi hanno dimostrato che l'inibitore della F-actina citocalasina D inibisce la formazione di TNT14,15. Al contrario, gli inibitori dei microtubuli non hanno alcun effetto sulla formazione di TNT16. Gli ultimi 2 decenni hanno visto diversi rapporti sul ruolo significativo che i TNT svolgono nella diffusione della patologia e della resistenza e terapia tumorale17. Pertanto, c'è una domanda infinita di tecniche migliori per la caratterizzazione del TNT.
La mancanza di marcatori specifici di TNT e la diversità nella morfologia e nella composizione citoscheletrica rendono difficile lo sviluppo di un metodo unico di caratterizzazione. Alcuni studi hanno utilizzato tecniche di rilevamento automatico delle immagini e quantificazione del TNT18,19. Tuttavia, ci sono diversi vantaggi dell'attuale metodo di analisi manuale del volume 3D rispetto all'analisi automatica delle immagini per il rilevamento e la quantificazione dei TNT. Spesso, gli occhi umani addestrati possono individuare queste nanostrutture sospese più facilmente di un metodo di rilevamento automatico delle immagini. Inoltre, i metodi di rilevamento automatico potrebbero essere difficili da implementare nei laboratori privi di esperienza algoritmica. Il presente metodo potrebbe essere ampiamente adottato dai ricercatori grazie alla sua precisione e riproducibilità.
In uno studio recente, abbiamo dimostrato che oAβ promuove la biogenesi del TNT nelle cellule neuronali attraverso un meccanismo di endocitosi mediato da PAK1, actina-dipendente,12. I TNT indotti da oAβ esprimono anche PAK1 attivato (o fosfo-PAK1). Abbiamo sviluppato un metodo di ricostruzione dell'immagine con vista del volume 3D per distinguere i TNT immunocolorati da oAβ, F-actina e fosfo-PAK1. I neuriti in via di sviluppo positivi alla tubulina β-III assomigliano spesso a strutture sospese simili a TNT20. Quindi, abbiamo ulteriormente distinto i TNT a base di F-actina dai neuriti positivi alla tubulina β-III e da altre sporgenze simili al TNT. Le immagini 3D della vista del volume sono state utilizzate per identificare i TNT sulla base delle loro caratteristiche di librarsi sopra il substrato e rimanere connessi tra due celle vicine. Questo articolo descrive l'identificazione e il rilevamento di condotti a membrana contenenti actina o TNT utilizzando immagini confocali z-stack e, infine, la quantificazione manuale delle strutture identificate da immagini di ricostruzione della vista del volume 3D. Il metodo presentato non è in grado di distinguere i TNT propri aperti dalle strutture simili al TNT chiuse; questo metodo aiuta a identificare i TNT in coltura cellulare 2D in vitro su un substrato piatto. Tuttavia, il metodo è facile da implementare e riprodurre e può essere ampiamente utilizzato per la quantificazione precisa dei soli TNT a base di actina e per distinguerli dai neuriti e dalle strutture simili al TNT positivo alla β-tubulina.