
RESI, Ångström çözünürlüğünde uzunluk ölçeklerinde mikroskopi sağlar: Tek tek proteinler üzerindeki tüm hücrelerden DNA’daki iki bitişik baz arasındaki mesafeye kadar. Kredi: MPI of Biochemistry/ Max Iglesias
Bilim adamları, DNA etiketli floresan mikroskopi kullanarak Ångström düzeyinde çözünürlük elde ettiler.
Ralf Jungmann’ın Max Planck Biyokimya Enstitüsü’ndeki araştırma grubu ve Münih’teki Ludwig Maximilian Üniversitesi, floresan mikroskobunda önemli bir ilerleme kaydetti.
Floresan mikroskobunun çözünürlüğünü bir Ångström ölçeğine önemli ölçüde artıran Ardışık Görüntüleme ile Çözünürlük Geliştirme adlı çığır açan bir yöntem geliştirdiler. Bu yeni yaklaşım, şimdiye kadar görülmemiş ayrıntılar sağlayarak biyolojik sistemlere yönelik araştırmalarımızda devrim yaratacak şekilde ayarlandı.
Yaşamın temel birimleri olan hücreler, canlı sistemleri destekleyen ve devam ettiren çok sayıda karmaşık yapı, süreç ve mekanizma içerir. DNA, RNA, proteinler ve lipidler gibi birçok hücresel çekirdek bileşenin boyutu yalnızca birkaç nanometredir.
Bu, onları geleneksel ışık mikroskobunun çözünürlük sınırından önemli ölçüde daha küçük yapar. Bu moleküllerin ve yapıların tam bileşimi ve düzeni bu nedenle genellikle bilinmez, bu da biyolojinin temel yönlerine ilişkin mekanik bir anlayış eksikliğine yol açar.
Son yıllarda, süper çözünürlük teknikleri birçok sorunu çözmek için büyük sıçramalar yaptı. ışığın klasik kırınım sınırının altındaki hücre altı yapılar.
Tek moleküllü yerelleştirme mikroskobu veya SMLM, yapıları geçici olarak birbirinden ayırarak on nanometre mertebesindeki yapıları çözebilen bir süper çözünürlüklü yaklaşımdır. floresan emisyonu. Tek tek hedefler, normalde karanlık olan bir görüş alanında stokastik olarak parladığından (göz kırptıklarında), alt kırınım hassasiyetiyle konumları belirlenebilir.
Jungmann grubu tarafından icat edilen DNA-PAINT, bir SMLM tekniğidir. süper çözünürlük için gerekli yanıp sönmeyi elde etmek için boya etiketli DNA “görüntüleyici” şeritlerinin hedefe bağlı tamamlayıcılarına geçici hibridizasyonunu kullanır. Ancak, bugüne kadar DNA-PAINT bile en küçük hücresel yapıları çözememiştir.
Sınırsız çözünürlük
Bu çalışmada, eş-ilk yazarlar Susanne Reinhardt, Luciano Masullo, Isabelle Baudrexel ve Philipp Steen, Jungmann ile birlikte ekip, temelde “sınırsız” uzamsal çözünürlüğü mümkün kılan süper çözünürlüklü mikroskopide yeni bir yaklaşım sunuyor.
“Sıralı Görüntüleme ile Çözünürlük İyileştirme” adı verilen yeni teknik veya Kısaca RESI, DNA-PAINT’in benzersiz DNA dizileri yoluyla hedef kimliğini kodlama yeteneğinden yararlanır. Birbirine süper çözünürlüklü mikroskopi ile bile çözülemeyecek kadar yakın olan bitişik hedefleri farklı DNA şeritleriyle etiketleyerek, numuneye ek bir farklılaşma derecesi (barkod) eklenir.
Ardışık olarak görüntüleyerek birincisi ve ardından diğer dizi (ve dolayısıyla hedef), artık kesin bir şekilde ayrılabilirler. Kritik olarak, ardışık olarak görüntülendiklerinden, hedefler keyfi olarak birbirine yakın olabilir, bu başka hiçbir tekniğin çözemeyeceği bir şeydir. Ayrıca, RESI özel aletler gerektirmez, aslında herhangi bir standart floresan mikroskobu kullanılarak uygulanabilir, bu da onu neredeyse tüm araştırmacıların kolayca erişebilmesini sağlar.
RESI’nin çözünürlükteki sıçramasını göstermek için ekip kendilerine bir meydan okuma belirledi. biyolojik bir sistemdeki en küçük uzamsal mesafelerden birinin çözülmesi: Bir nanometreden (metrenin milyarda biri) daha az aralıklı bir çift DNA sarmalı boyunca bireysel bazlar arasındaki ayrım.
Bir DNA origamisi tasarlayarak Bir baz çifti mesafesindeki bir çift sarmaldan çıkıntı yapan tek sarmallı DNA dizileri sunacak şekilde nanoyapı ve ardından bu tek sarmalları sırayla görüntüleyen araştırma ekibi, bitişik bazlar arasında daha önce hayal bile edilemeyen 0,85 nm (veya 8,5 Ångström) mesafeyi çözdü. feat.
Araştırmacılar, bu ölçümleri 1 Ångström veya metrenin on milyarda biri hassasiyetle gerçekleştirerek RESI yaklaşımının benzeri görülmemiş yeteneklerinin altını çizdi.
Önemli olarak, teknik evrenseldir ve DNA nanoyapılarındaki uygulamalarla sınırlı değildir. Bu amaçla ekip, CD20-pozitif kan kanserinin tedavisi için ilk kez 1997’de onaylanan bir anti-CD20 monoklonal antikoru olan Rituximab’ın moleküler hareket tarzını araştırdı.
Ancak, bu tür ilaçların etkilerini araştırmak Moleküler reseptör modelleri üzerindeki ilaç molekülleri, geleneksel mikroskopi tekniklerinin uzamsal çözünürlük yeteneklerinin ötesinde olmuştur. Bu tür kalıpların sağlık ve hastalıkta olduğu kadar tedavide de değişip değişmediğini ve nasıl değiştiğini anlamak, yalnızca temel mekanistik araştırmalar için değil, aynı zamanda yeni hedefli hastalık tedavileri tasarlamak için de önemlidir.
Jungmann ve ekibi, RESI kullanarak şu sonuçları ortaya çıkarabildi: tedavi edilmemiş hücrelerde dimerler olarak CD20 reseptörlerinin doğal düzenlemesini ve ilaç tedavisi sonrasında CD20’nin dimer zincirlerine nasıl yeniden düzenlendiğini ortaya çıkarın. Tek protein seviyesindeki içgörüler artık Rituksimabın moleküler etki tarzına ışık tutmaya yardımcı oluyor.
RESI bütün, bozulmamış hücrelerde gerçekleştirildiğinden, teknik, X gibi tamamen yapısal teknikler arasındaki boşluğu kapatıyor. -ışını kristalografisi veya kriyojenik elektron mikroskobu ve geleneksel düşük çözünürlüklü tüm hücre görüntüleme yaklaşımları.
Jungmann ve ekibi, “bu benzeri görülmemiş tekniğin yalnızca süper çözünürlük için değil, aynı zamanda bir bütün olarak biyolojik araştırma. , Eduard M. Unterauer, Thomas Schlichthaerle, Maximilian T. Strauss, Christian Klein ve Ralf Jungmann, 24 Mayıs 2023, Nature.
DOI: 10.1038/s41586-023-05925-9
Leave a Reply