画分子在超分辨率的照片

了解单个分子生物过程中扮演他们的角色在细胞内合成,研究人员已经开发出超分辨率显微可视化方法在单分子水平。然而,调查他们的功能,最终,他们还希望能够在这个高分辨率单独修改它们。虽然单个分子的可视化近年来取得了很大的进步,到目前为止它仍然具有挑战性的直接修改在控制,molecule-to-molecule时尚。

在化学性质,哈佛大学生物工程研究所的研究人员和哈佛医学院(HMS),已经开发出“Action-PAINT”,这种方法结合了团队的实时DNA-PAINT超分辨率显微方法与单分子标记策略在所需的位置在合成纳米结构或完整细胞。这种方法可以进一步发展,允许研究人员来刺激或抑制单个分子的功能和研究影响正常生理和疾病过程实时和超分辨率。

“超分辨率成像方法允许我们看到以前看不见的。“通过耦合DNA-PAINT超分辨率显微镜方法与交联的方法,我们现在也可以联系以前无法进入的通过附加一个物理处理单独观察分子的可视化,“Wyss研究所核心教员彭殷博士说,他领导了这一研究。阴也是一个研究的共同分子机器人研究所的计划,和HMS系统生物学教授。

阴的团队开发了一个两步的方法,首先在超分辨率可视化单一蛋白质或其他分子,然后转移分子标签所需的目标站点。可选地,研究人员可以证实成功的转移和额外的一轮超分辨率成像。

单分子成像的第一步依赖DNA-PAINT方法使团队首先确定分子或分子的精确定位功能空间相隔远低于光的衍射极限,因此大多数显微镜看不见。研究人员第一次连接短的DNA“对接链”的目标作为一个结合位点互补“成像仪链”携带荧光染料。因为成像仪链结合可编程开关速度,它会产生“闪烁”事件定义,可以使用标准的显微镜观察。将物理标签附加到目标,研究人员进行了超分辨率成像的第一步,一个稍微复杂的成像链,还包括一个photo-inducible交联剂,就是能化学联系对接和成像链当暴露于紫外线辐射,和一个额外的记者序列。

“我们新方法的重要组成部分,是交联激光的精确控制,在同步工作的超分辨率闪烁的序列。这真的把我们DNA-PAINT超分辨率显微镜从被动成像方法积极的一个,使研究人员之间的实时交互和单个分子的目标,”戴co-first和共同通讯作者明捷说。

启用这个新功能,团队开发了一个软件包,允许他们先在地图上标出所有分子目标的精确位置使用DNA-PAINT方法感兴趣的领域,然后严格同步闪光的紫外线后续闪烁的事件。“这样我们可以化学成像链绑定到custom-selected分子的目标,一个接一个,与分子决议——就像一个画家放下他的颜色,补丁的补丁点彩派风格,”戴说,博士,博士后前阴的团队,目前是一个部门研究员HMS系统生物学和技术发展Wyss研究所研究员。

证明其方法的有效性和选择性,团队第一次使用人造DNA纳米结构暴露的成像仪链对接网站定义的模式。“把Action-PAINT工作,我们开始通过展示其有效性标签单分子目标仅仅30到70海里远离他们相同的邻居目标效率高、“co-first作者nin Liu说博士”,然后进一步验证我们的方法在固定细胞,我们选择和标记微管蛋白细胞骨架纤维,与不同的自定义模式。“刘博士后阴的团队。

作者设想,Action-PAINT可以进一步发展成为一个广泛适用的工具,例如,可以直接修改的活动单膜表面受体细胞,他们直接细胞行为,或控制的离子通道功能的神经细胞。此外,该方法可以使分子转移处理单一的蛋白质可能允许他们的提取和纯化自然与其他蛋白质绑定到一起。

”Action-PAINT补充道另一层次的功能的功能由彭殷的团队,可以使分子定位功能的蛋白质交互映射在单个细胞,这些交互和生化分析一旦这些分子是孤立的,在将来可以帮助识别和/或验证新的药物靶点,”唐纳德·因格贝尔说Wyss学院创始董事,医学博士博士,他也是Judah Folkman HMS血管生物学教授,波士顿儿童医院血管生物学项目,生物工程教授和哈佛大学的约翰·a·保尔森工程和应用科学学院。

参考
超分辨率与Action-PAINT标签。明捷nin Liu戴,Sinem k·萨卡人&彭殷。化学性质(2019),https://doi.org/10.1038/s41557 - 019 - 0325 - 7。

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