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Woo-Hyun Park
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Automatic whole cell organelle segmentation in volumetric electron microscopy

Larissa Heinrich et al.Nov 16, 2020
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Cells contain hundreds of different organelle and macromolecular assemblies intricately organized relative to each other to meet any cellular demands. Obtaining a complete understanding of their organization is challenging and requires nanometer-level, threedimensional reconstruction of whole cells. Even then, the immense size of datasets and large number of structures to be characterized requires generalizable, automatic methods. To meet this challenge, we developed an analysis pipeline for comprehensively reconstructing and analyzing the cellular organelles in entire cells imaged by focused ion beam scanning electron microscopy (FIB-SEM) at a near-isotropic size of 4 or 8 nm per voxel. The pipeline involved deep learning architectures trained on diverse samples for automatic reconstruction of 35 different cellular organelle classes - ranging from endoplasmic reticulum to microtubules to ribosomes - from multiple cell types. Automatic reconstructions were used to directly quantify various previously inaccessible metrics about these structures, including their spatial interactions. We show that automatic organelle reconstructions can also be used to automatically register light and electron microscopy images for correlative studies. We created an open data and open source web repository, OpenOrganelle, to share the data, computer code, and trained models, enabling scientists everywhere to query and further reconstruct the datasets.
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Architecture and dynamics of a novel desmosome-endoplasmic reticulum organelle

Navaneetha Bharathan et al.Jul 8, 2022
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Abstract The endoplasmic reticulum (ER) forms a dynamic network that contacts other cellular membranes to regulate stress responses, calcium signaling, and lipid transfer. Using high-resolution volume electron microscopy, we find that the ER forms a previously unknown association with keratin intermediate filaments and desmosomal cell-cell junctions. Peripheral ER assembles into mirror image-like arrangements at desmosomes and exhibits nanometer proximity to keratin filaments and the desmosome cytoplasmic plaque. ER tubules exhibit stable associations with desmosomes, and perturbation of desmosomes or keratin filaments alters ER organization and mobility. These findings indicate that desmosomes and the keratin cytoskeleton pattern the distribution of the ER network. Overall, this study reveals a previously unknown subcellular architecture defined by the structural integration of ER tubules with an epithelial intercellular junction. One-Sentence Summary The desmosome adhesive junction regulates the organization and dynamics of the endoplasmic reticulum network.
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