RNA visualiserades med ultrahög upplösning i levande celler

Metoden är baserad på en ny molekylär markör som kallas en rhodaminbindande aptamer för metoder

superupplöst bildbehandling (RhoBAST).Denna RNA-baserade fluorescensmarkör används i kombination med färgämnet rhodamin. På grund av sina distinkta egenskaper interagerar markören och färgämnet på ett mycket specifikt sätt, vilket gör att enskilda RNA-molekyler lyser. De kan sedan göras synliga med singelmolekyllokaliseringsmikroskopi (SMLM), en superupplösningsteknik. På grund av bristen på lämpliga fluorescerande markörer har direkt observation av RNA med användning av optisk fluorescensmikroskopi hittills varit allvarligt begränsad.

RhoBAST utvecklades av forskare från institutetof Pharmacy and Molecular Biotechnology (IPMB) vid universitetet i Heidelberg och Institutet för tillämpad fysik (APH) vid KIT. Markören som de skapade är genetiskt kodad, vilket innebär att den kan smältas samman med genen av vilket RNA som helst som produceras av cellen. RhoBAST i sig är inte fluorescerande, men belyser det cellgenomsläppliga rhodaminfärgämnet och binder till det på ett mycket specifikt sätt.

"Detta leder till en kraftig ökningfluorescens som uppnås av RhoBAST-komplexet, vilket är ett nyckelkrav för att få utmärkta fluorescensbilder. Men för RNA-avbildning med superupplösning behöver markören ytterligare egenskaper."

Murat Zunbül från IPMB

Forskarna fann att varje molekylrodaminfärgen förblir bunden till RhoBAST i endast ungefär en sekund innan den lossnar igen. Efter några sekunder upprepas denna procedur med en ny färgmolekyl. Det är ganska sällsynt att hitta starka interaktioner, till exempel mellan RhoBAST och rodamin, i kombination med extremt snabb metabolisk kinetik. Eftersom rodamin först tänds efter bindning till RhoBAST leder den konstanta sekvensen av växande interaktioner mellan markören och färgämnet till kontinuerligt "blinkande". Denna on-off är exakt vad du behöver för rendering.

Samtidigt löser RhoBAST-systemet en annanett viktigt problem. Fluorescerande bilder samlas genom exponering för laserljus, som över tid bryter ner färgämnesmolekylerna. Snabb färgbyte säkerställer att fotoblekade färgämnen ersätts med färska. Detta innebär att enskilda RNA-molekyler kan observeras under längre tidsperioder, vilket avsevärt kan förbättra bildupplösningen.

Forskare från Heidelberg och Karlsruhe kundevisa de överlägsna egenskaperna hos RhoBAST genom att visualisera RNA-strukturer i tarmbakterier (Escherichia coli) och odlade humana celler med överlägsen lokaliseringsnoggrannhet. Forskare kunde avslöja detaljer om tidigare osynliga subcellulära strukturer och molekylära interaktioner som involverade RNA med ultrahögupplöst fluorescensmikroskopi. Detta kommer att ge en grundläggande ny förståelse för biologiska processer.

Se även:

Fysiker har skapat en analog av ett svart hål och bekräftat Hawkings teori. Vart leder det?

Abort och vetenskap: vad kommer att hända med barnen som kommer att föda

Forskare har upptäckt hastighetsgränsen i kvantvärlden