可视化新自旋单分子在整个细胞

细胞生物学家通常使用荧光染料标签和想象在他们在显微镜下细胞和分子。不同的超分辨率显微镜方法,他们甚至可以照亮单分子和看到他们的复杂的相互作用。然而,显微镜硬件要求是高度专业化的,昂贵的,并要求运营商有独特的技能;因此,这种显微镜是相对罕见的在世界各地的实验室。

拉尔夫Jungmann博士Wyss学院的校友,目前路德维希马克西米利安大学的生物化学教授(LMU)和德国马克斯普朗克研究所(MPI)和Wyss研究所核心教员彭殷博士发展DNA-PAINT,一个强大的分子成像技术,包括瞬态dna dna相互作用来准确定位与超分辨率荧光染料。然而,尽管研究人员演示了DNA-PAINT潜在的可视化单个生物分子如蛋白质在固定细胞在一个固定的近距离,该技术可能没有调查分子细胞的深处。

现在,Jungmann和阴的团队共同报告解决方案来克服这个限制。在新的研究中,他们适应DNA-PAINT共焦显微镜技术,广泛应用在细胞生物学实验室研究人员在低分辨率图像整个细胞和厚的组织。MPI / Wyss研究所团队证明,该方法可以看到各种不同的分子,包括组合不同的蛋白质、rna和DNA在整个整个细胞在超分辨率的深度。发表在《自然通讯,可以打开门的方法详细的单分子定位研究在许多领域的细胞研究。

DNA-PAINT方法高度DNA“锚链”感兴趣的分子。然后dye-labeled DNA与互补序列成像链是暂时性的连接到锚定并产生荧光信号,这为定义闪烁的事件发生在单分子网站。因为这“闪烁频率”是精确可调,分子只能区分纳米除了彼此,在高分辨率超分辨率的结束。

SDC-PAINT,“我们的新方法集成的多用途超分辨率能力DNA-PAINT共焦显微镜的光学切片特性。我们因此创建的方法探索细胞的整个深度,并可视化分子在纳米尺度内,“Jungmann说。团队绘制出不同组合的存在在整个细胞的蛋白质,然后超越它。“通过多样化我们的标记方法,我们也显示不同类型的单个生物分子在染色体核,包括DNA序列、蛋白质绑定到包含细胞核DNA或细胞膜,以及核rna”增加了阴,也是研究的共同Wyss研究所的分子机器人,和哈佛医学院的系统生物学教授。

SDC-PAINT能够准确地想象细胞的能源生产结构的分布称为线粒体结合高分辨率荧光信号在他们的外膜蛋白(红色)和蛋白质在其内部腔(绿色)。左边的Gif连续显示部分采取通过细胞的三维空间与小的矩形线框区域的右边的图像。信贷:Florian Schueder, MPI / LMU

原则上,共焦显微镜使用所谓的小孔,消除不必要的失焦的荧光图像平面上方和下方的焦平面。通过样品扫描,平面平面后,研究人员可以收集所需的荧光染料分子键发出的信号在整个深度。具体来说,MPI / Wyss研究所的技术团队开发了署“旋转磁盘共焦显微镜检测荧光信号从整个飞机一次性通过传感与多个小孔通过转盘。此外,“实现3 d超分辨率,我们在检测路径放置额外的镜头,它允许我们存档sub-diffraction-limited决议在第三维度”第一作者Florian Schueder说,研究生与Jungmann也曾与阴Wyss研究所团队作为他的硕士论文的一部分。

“这除了制造商可以很容易地定制的署显微镜;所以我们基本上实现超分辨率显微镜没有复杂的硬件更改显微镜通常用于细胞生物学家从所有场馆的生物医学研究。这样的方法有潜力民主化整个细胞和组织的超分辨率成像,”Jungmann说。

”这一重要进步,超分辨率显微镜和DNA-PAINT可能成为生物医学研究人员更容易,加速我们的见解单个分子的功能和流程控制细胞内,”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血管生物学教授和血管生物学程序在波士顿儿童医院,以及哈佛大学的生物工程教授约翰·a·保尔森工程和应用科学学院(海洋)。

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参考:

Schueder F。Lara-Gutierrez, J。贝力弗,b . J。萨卡人,美国K。佐佐木,h . M。Woehrstein, j·B。,。Jungmann, r (2017)。整个细胞的多路复用3 d超分辨率成像使用共焦显微镜和DNA-PAINT旋转的圆盘。自然通讯,8 (1)。doi: 10.1038 / s41467 - 017 - 02028 - 8