The endoplasmic reticulum (ER) is a contiguous and complicated membrane network in eukaryotic cells, and membrane contact sites (MCSs) between the ER and other organelles perform vital cellular functions, including lipid homeostasis, metabolite exchange, calcium level regulation, and organelle division. Here, we establish a whole pipeline to reconstruct all ER, mitochondria, lipid droplets, lysosomes, peroxisomes, and nuclei by automated tape-collecting ultramicrotome scanning electron microscopy (ATUM-SEM) and deep learning techniques, which generates an unprecedented 3D model for mapping liver samples. Furthermore, the morphology of various organelles and the MCSs between the ER and other organelles are systematically analyzed. We found that the ER presents with predominantly flat cisternae and is knitted tightly all throughout the intracellular space and around other organelles. In addition, the ER has a smaller volume-to-membrane surface area ratio than other organelles, which suggests that the ER could be more suited for functions that require a large membrane surface area. Our data also indicate that ER‒mitochondria contacts are particularly abundant, especially for branched mitochondria. Our study provides 3D reconstructions of various organelles in liver samples together with important fundamental information for biochemical and functional studies in the liver.

中文翻译：

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肝内质网-细胞器相互作用的三维ATUM-SEM重建与分析

内质网 (ER) 是真核细胞中连续且复杂的膜网络，内质网与其他细胞器之间的膜接触位点 (MCS) 执行重要的细胞功能，包括脂质稳态、代谢物交换、钙水平调节和细胞器分裂。在这里，我们建立了一条完整的管道，通过自动磁带收集超薄切片机扫描电子显微镜 (ATUM-SEM) 和深度学习技术重建所有 ER、线粒体、脂滴、溶酶体、过氧化物酶体和细胞核，从而生成前所未有的 3D 模型进行绘图肝脏样本。此外，系统地分析了各种细胞器的形态以及ER与其他细胞器之间的MCS。我们发现 ER 主要呈现扁平的水池，并且在整个细胞内空间和其他细胞器周围紧密编织。此外，与其他细胞器相比，ER 的体积与膜表面积之比更小，这表明 ER 可能更适合需要大膜表面积的功能。我们的数据还表明，ER-线粒体接触特别丰富，特别是对于分支线粒体。我们的研究提供了肝脏样本中各种细胞器的 3D 重建以及肝脏生化和功能研究的重要基础信息。这表明 ER 可能更适合需要大膜表面积的功能。我们的数据还表明，ER-线粒体接触特别丰富，特别是对于分支线粒体。我们的研究提供了肝脏样本中各种细胞器的 3D 重建以及肝脏生化和功能研究的重要基础信息。这表明 ER 可能更适合需要大膜表面积的功能。我们的数据还表明，ER-线粒体接触特别丰富，特别是对于分支线粒体。我们的研究提供了肝脏样本中各种细胞器的 3D 重建以及肝脏生化和功能研究的重要基础信息。