Superopløsningsmikroskopi bygger flerfarvet 3-D fra 2-D

Superopløsningsmikroskopi er en teknik, der gør det muligt for forskere at se ud over lysets diffraktionsgrænse. Teknikken har fået stigende interesse, især siden dets udviklere vandt Nobelprisen i kemi i 2014. Ved at udnytte fluorescens, Superopløsningsmikroskopi giver nu forskere mulighed for at observere celler og deres indre strukturer og organeller på en måde, som aldrig før har været mulig.

Mange af de molekylære komplekser inde i celler består af flere proteiner. Da de nuværende teknikker til superopløsningsmikroskopi typisk kun bruger en eller to fluorescerende farver, det er svært at observere forskellige proteiner og dechifrere den komplekse arkitektur og underliggende samlingsmekanismer af cellens indre strukturer. En endnu større udfordring er at overvinde den støj, der er forbundet med superopløsningsmetoderne og fluorescerende mærkning, for at opnå det fulde opløsningspotentiale.

Forskere fra laboratoriet hos Suliana Manley ved EPFL har nu løst begge problemer ved at udvikle en ny metode til at analysere og rekonstruere superopløsningsbilleder og genjustere dem på en måde, så flere proteiner kan placeres i et enkelt 3D-volumen. Metoden fungerer med billeder taget med superopløsningsmikroskopi med stort synsfelt, med hvert billede, der indeholder hundredvis af todimensionelle projektioner af en mærket struktur parallelt.

Hver 2-D-visning repræsenterer en lidt anderledes orientering af strukturen, så med et datasæt på tusindvis af visninger, metoden kan beregningsmæssigt rekonstruere og justere 2-D-billederne til et 3-D-volumen. Ved at kombinere information fra et stort antal enkelte billeder, støjen reduceres, og den effektive opløsning af 3D-rekonstruktionen forbedres.

Med hjælp fra Pierre Gönczys laboratorium på EPFL, forskerne testede metoden på menneskelige centriolkomplekser. Centrioler er par cylindriske molekylære forsamlinger, der er afgørende for at hjælpe cellen med at dele sig. Ved at bruge den nye flerfarvede superopløsningsrekonstruktionsmetode, forskerne var i stand til at afsløre 3-D-arkitekturen af ​​fire proteiner, der er kritiske for centriolær samling under organelbiogenese.

Den nye fremgangsmåde giver mulighed for ubegrænsede multiplexfunktioner. "Med denne metode, hvis proteinerne i strukturen kan mærkes, der er ingen grænse for antallet af farver i 3D-rekonstruktionen, " siger Suliana Manley. "Plus, rekonstruktionen er uafhængig af den anvendte superopløsningsmetode, så vi forventer, at denne analysemetode og software er af bred interesse."