Nye beacons lyser op i interiøret

LMU's Ralf Jungmann udvikler mikroskopimetoder, der kan opløse cellulære strukturer med dimensioner i størrelsesordenen nanometer. Det er nu lykkedes ham at afbilde aktin-netværk i celler mere detaljeret end før.

Ralf Jungmann, Professor i eksperimentel fysik ved LMU og leder af forskningsgruppen Molecular Imaging and Bionanotechnology ved Max Planck Institute of Biochemistry (Martinsried), er engageret i udviklingen af ​​innovative mikroskopimetoder, der gør det muligt at visualisere intracellulære processer på enkeltmolekyleniveau. Hans tilgang er baseret på brugen af ​​fluorescerende markører mærket med korte enkeltstrengede DNA'er, der definerer deres bindingsspecificitet. Disse markører genkender deres mål ved at binde til komplementære DNA-sekvenser knyttet til antistoffer, der interagerer specifikt med individuelle cellulære proteiner. Denne strategi, passende kendt som DNA-PAINT, gør det muligt specifikt at "adressere" et væld af cellulære proteiner på én gang. Nu, et hold ledet af Jungmann, med Thomas Schlichthärle som første forfatter, rapporterer den første brug af små proteiner kaldet 'affimers, "i stedet for de større antistoffer, at visualisere aktin-netværkene i celler i endnu højere opløsning. Arbejdet blev udført i samarbejde med grupperne ledet af Darren Tomlinson og Michelle Peckham ved University of Leeds samt Jonas Ries fra European Molecular Biology Lab (EMBL) i Heidelberg. Den nye undersøgelse vises i tidsskriftet Angewandte Chemie .

Målet med superopløsningsmikroskopi er at visualisere cellulære strukturer og processer på enkeltmolekyleniveau, med molekyler, der kun er nogle få nanometer store. De antistoffer, der hidtil er brugt til at påvise cellulære proteiner, er ret store – tre til fire gange større end de proteiner, de binder sig til. Dette gælder også for de DNA-mærkede antistoffer, der anvendes til at visualisere målproteiner i forsøg med DNA-PAINT. Forskellen mellem opløsningen tilvejebragt af DNA-PAINT og dimensionerne af antistof-mål-komplekset betyder i det væsentlige, at det fluorescerende signal indikerer positionen af ​​antistoffet og ikke positionen af ​​det protein, som det er bundet til. Dette problem kan løses, og mere præcise og informative data kan opnås ved at udvikle mindre markører, der tilbyder samme niveau af genkendelsesspecificitet.

I deres seneste projekt, Jungmann og hans kolleger har henvendt sig til affimers til dette formål. Affimerer er proteinbindere, der er ti gange mindre end traditionelle antistoffer, men er stadig i stand til specifikt at genkende og binde til definerede proteinarter. De produceres og vises på overfladen af ​​bakterielle vira, og kan let identificeres og oprenses. Ved at modificere disse affimerer ved stedspecifik binding af en DNA-streng med defineret sekvens, forskerne var i stand til tydeligt at visualisere enkelte aktinfilamenter i celler i tre dimensioner ved hjælp af DNA-PAINT. Indtil nu, dette har krævet brugen af ​​ekstremt komplicerede mikroskopiteknikker og højt specialiserede markører. Ved at kombinere DNA-PAINT med disse nye affimerer, det er nu muligt at opnå dette opløsningsniveau med en standard mikroskopiopsætning og reagenser, der er nemme at fremstille, siger Thomas Schlichthärle. Og Ralf Jungmann tilføjer:Da affimer-reagenser rettet mod forskellige proteiner er relativt nemme at lave i reagensglasset, det burde være muligt i fremtiden at bruge dem til at mærke store sæt proteiner i celler. I kombination med DNA-PAINT, dette ville give os mulighed for at visualisere komplette signalveje, der involverer hundredvis af forskellige proteinarter."