北京內(nèi)容評審官
RESI能夠以?ngstr?m分辨率跨長度尺度進行顯微鏡觀察：從單個蛋白質(zhì)的整個細胞到DNA中兩個相鄰堿基之間的距離。學(xué)分：馬克斯·伊格萊西亞斯
馬克斯普朗克生物化學(xué)研究所（MPIB）和慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學(xué)（LMU）的Ralf Jungmann研究小組在熒光顯微鏡方面取得了突破。該團隊開發(fā)了順序成像分辨率增強（RESI），這是一項革命性的技術(shù)，可將熒光顯微鏡的分辨率提高到?ngstr?m級。這項創(chuàng)新有望為我們研究生物系統(tǒng)的方法帶來范式轉(zhuǎn)變，迄今為止沒有的細節(jié)。
細胞是生命的基本單位，包含大量維持和延續(xù)生命系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、過程和機制。許多細胞核心成分，如DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，只有幾納米的大小。這使得它們大大小于傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率J限。因此，這些分子和結(jié)構(gòu)的確切組成和排列通常是未知的，導(dǎo)致對生物學(xué)基本方面缺乏機械理解。
近年來，超分辨率技術(shù)在分辨光的經(jīng)典衍射J限以下的許多亞細胞結(jié)構(gòu)方面取得了突飛猛進的進步。單分子定位顯微鏡（SMLM）是一種超分辨率方法，可以通過暫時分離其單個熒光發(fā)射來解析十納米大小的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)單個目標在其他黑暗的視野中隨機點亮（它們閃爍）時，它們的位置可以用亞衍射精度確定。由Jungmann小組發(fā)明的DNA-PAINT是一種SMLM技術(shù)，它使用染料標記的DNA“成像器”鏈與其靶標結(jié)合補體的瞬時雜交，以實現(xiàn)超分辨率所需的閃爍。然而，迄今為止，即使是DNA-PAINT也無法解析*小的細胞結(jié)構(gòu)。
在目前發(fā)表在《自然》雜志上的研究中，由共同**作者Susanne Reinhardt，Luciano Masullo，Isabelle Baudrexel和Philipp Steen以及Jungmann領(lǐng)導(dǎo)，該團隊在超分辨率顯微鏡中引入了一種新方法，該方法從根本上實現(xiàn)了“無限”的空間分辨率。
這項新技術(shù)稱為通過順序成像增強分辨率，簡稱RESI，利用DNA-PAINT通過獨特的DNA序列編碼目標身份的能力。通過標記相鄰的靶標，即使通過超分辨率顯微鏡也無法分辨，使用不同的DNA鏈，將額外的分化程度（條形碼）引入樣品中。通過對**個序列進行順序成像，然后對另一個序列（從而對目標序列）進行成像，現(xiàn)在可以明確地分離它們。
至關(guān)重要的是，當(dāng)它們按順序成像時，目標可以任意接近彼此，這是其他技術(shù)無法解決的問題。此外，RESI不需要專門的儀器，事實上，它可以使用任何標準的熒光顯微鏡進行應(yīng)用，使幾乎所有研究人員都可以輕松使用。
為了證明RESI在分辨率上的飛躍，該團隊為自己設(shè)定了解決生物系統(tǒng)中*小空間距離之一的挑戰(zhàn)：沿著DNA雙螺旋的單個堿基之間的分離，間隔不到一納米。
通過設(shè)計DNA折紙納米結(jié)構(gòu)，使其呈現(xiàn)單鏈DNA序列，這些序列從一個堿基對距離從雙螺旋突出，然后依次對這些單鏈進行成像，研究小組解決了相鄰堿基之間0.85納米（或8.5 ?ngstr?m）的距離，這是以前無法想象的壯舉。研究人員以1 ?ngstr?m或10億分之一米的精度完成了這些測量，強調(diào)了RESI方法沒有的功能。
重要的是，該技術(shù)是通用的，不**于DNA納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。為此，研究小組研究了利妥昔單抗的分子作用模式，利妥昔單抗是一種抗CD20單克隆抗體，于1997年首次被批準用于治療CD20陽性血癌。然而，研究這些藥物分子對分子受體模式的影響已經(jīng)超出了傳統(tǒng)顯微鏡技術(shù)的空間分辨率能力。了解這些模式是否以及如何在健康和疾病以及治療中發(fā)生變化，不僅對基本機制研究很重要，而且對設(shè)計新的靶向疾病療法也很重要。
使用RESI，Jungmann和他的團隊能夠揭示未處理細胞中CD20受體作為二聚體的自然排列，并揭示CD20如何在藥物治療后重新排列成二聚體鏈。單蛋白水平的見解現(xiàn)在有助于闡明利妥昔單抗的分子作用模式。
由于RESI是在完整的完整細胞中進行的，因此該技術(shù)縮小了純結(jié)構(gòu)技術(shù)（如X射線晶體學(xué)或低溫電子顯微鏡）與傳統(tǒng)的低分辨率全細胞成像方法之間的差距。Jungmann和他的團隊堅信，“這種沒有的技術(shù)不僅對超分辨率，而且對整個生物學(xué)研究都是真正的游戲規(guī)則改變者。
更多信息：Susanne C. M. Reinhardt 等人，?ngstr?m 分辨率熒光顯微鏡，《自然》（2023 年）。DOI： 10.1038/s41586-023-05925-9
期刊信息：自然
原文章鏈接：https://baijiahao.baidu.com/s?id=1766916376197887830&wfr=spider&for=pc
文章來源于網(wǎng)絡(luò)，如果有侵權(quán)，請聯(lián)系我們刪除，謝謝~
