RNA ble visualisert med ultrahøy oppløsning i levende celler

Metoden er basert på en ny molekylær markør kalt en rhodaminbindende aptamer for metoder

superoppløsningsbildebehandling (RhoBAST).Denne RNA-baserte fluorescensmarkøren brukes i kombinasjon med fargestoffet rhodamin. På grunn av deres særegne egenskaper, samhandler markøren og fargestoffet på en veldig spesifikk måte, noe som får individuelle RNA-molekyler til å gløde. De kan deretter gjøres synlige ved hjelp av enkeltmolekyllokaliseringsmikroskopi (SMLM), en superoppløsnings avbildningsteknikk. På grunn av mangelen på egnede fluorescerende markører, har direkte observasjon av RNA ved bruk av optisk fluorescensmikroskopi vært sterkt begrenset til dags dato.

RhoBAST ble utviklet av forskere fra instituttetof Pharmacy and Molecular Biotechnology (IPMB) ved Universitetet i Heidelberg og Institute of Applied Physics (APH) ved KIT. Markøren de laget er genetisk kodet, noe som betyr at den kan smeltes sammen med genet til ethvert RNA som produseres av cellen. RhoBAST i seg selv er ikke fluorescerende, men lyser opp det cellegjennomtrengelige rhodaminfargestoffet, og binder seg til det på en veldig spesifikk måte.

«Dette fører til en kraftig økningfluorescens oppnådd av RhoBAST-komplekset, som er et nøkkelkrav for å oppnå utmerkede fluorescensbilder. Men for RNA-avbildning med superoppløsning trenger markøren ytterligere egenskaper."

Murat Zunbül fra IPMB

Forskerne fant at hvert molekylrodaminfargestoffet forblir bundet til RhoBAST i bare omtrent ett sekund før det løsner igjen. Etter noen sekunder gjentas denne prosedyren med et nytt fargestoffmolekyl. Det er ganske sjelden å finne sterke interaksjoner, for eksempel mellom RhoBAST og rodamin, kombinert med ekstremt rask metabolsk kinetikk. Siden rodamin bare lyser opp etter binding til RhoBAST, fører den konstante sekvensen av nye interaksjoner mellom markøren og fargestoffet til kontinuerlig "blinking". Denne på-av er akkurat det du trenger for gjengivelse.

Samtidig løser RhoBAST-systemet en annenet viktig problem. Fluorescerende bilder samles ved eksponering for laserlys, som over tid bryter ned fargestoffmolekylene. Rask fargestoffskifte sørger for at fotoblekte fargestoffer erstattes med friske. Dette betyr at individuelle RNA-molekyler kan observeres i lengre perioder, noe som kan forbedre bildeoppløsningen betydelig.

Det kunne forskere fra Heidelberg og Karlsruhedemonstrere de overlegne egenskapene til RhoBAST ved å visualisere RNA-strukturer i tarmbakterier (Escherichia coli) og dyrkede humane celler med overlegen lokaliseringsnøyaktighet. Forskere var i stand til å avdekke detaljer om tidligere usynlige subcellulære strukturer og molekylære interaksjoner som involverte RNA ved bruk av ultrahøyoppløselig fluorescensmikroskopi. Dette vil gi en grunnleggende ny forståelse av biologiske prosesser.

Se også:

Fysikere har laget en analog av et svart hull og bekreftet Hawkings teori. Hvor det fører?

Abort og vitenskap: hva vil skje med barna som skal føde

Forskere har oppdaget fartsgrensen i kvanteverdenen