新技术以超级分辨率可视化整个细胞

研究人员使用了他们的SDC-涂料方法来可视化细胞骨骼微管丝网（绿色）的网络及其与汤姆（红色）和HSP60（蓝色）的另外两种蛋白质的邻近。每个图像显示从顶部开始的电池的不同平面中的蛋白质，并且底部的放大图像比较了通过传统的共聚焦显微镜（右）与SDC涂料（左）实现的分辨率。

细胞生物学家传统上使用荧光染料在显微镜下标记和可视化它们内的细胞和分子。采用不同的超分辨率显微镜方法，它们甚至可以点亮单个分子，并彼此相互看到它们的复杂相互作用。但是，所需的显微镜硬件是专业化，昂贵的，并且需要运营商具有独特的技能;因此，这种显微镜在世界各地的实验室中相对罕见。

RALF Jungmann，Ph.D.，Wyss Institute的校友，目前在Ludwig Maximilian大学（LMU）的生物化学教授和Max Planck Institute（MPI）在德国和Wyss Institute核心教员彭寅，博士。已经开发DNA涂料，一种强大的分子成像技术，涉及瞬时DNA-DNA相互作用，以准确地定位具有超级分辨率的荧光染料。然而，虽然研究人员通过在固定近距离在固定细胞中的蛋白质如蛋白质如蛋白质中显示DNA-涂料的潜力，但该技术尚不探讨细胞内部深层的分子。

现在，Jungmann和Yin的团队联合报告了一个解决方案来克服这一限制。在新的研究中，它们使DNA-涂料技术适应了共聚焦显微镜，其通过细胞生物学实验室的研究人员广泛使用，以在较低分辨率下以图像的整个细胞和较厚的组织。MPI / Wyss Institute团队证明该方法可以在超分辨率下可视化各种不同的分子，包括在整个整个细胞的整个整个细胞中的不同蛋白质，RNA和DNA的组合。在自然通信中发表，该方法可以在许多细胞研究领域进行详细的单分子定位研究。

DNA-涂料方法将DNA“锚杆”附着于感兴趣的分子。然后，具有互补序列的染料标记的DNA“成像链”瞬时附着到锚固件并产生荧光信号，其作为单分子位点的定义闪烁事件发生。因为这种“闪烁频率”是精确的调谐，所以可以区分仅彼此分开的纳米的分子 - 以超级分辨率的更高分辨率结束。

“我们的新方法，SDC涂料，与共聚焦显微镜的光学切片特征集成了DNA涂料的多功能超分辨率功能。因此，我们创造了探索细胞的整个深度的手段，并以纳米级可视化其内部的分子，“Jungmann说。该团队映射了整个细胞内不同组合的蛋白质的存在，然后超出了这一点。“通过遵守我们的标签方法，我们还在含染色体的核中可视化不同类型的杀菌生物分子，包括DNA中的序列，与DNA的蛋白质或包围细胞核的膜，以及核RNA，”加入Yin，谁也是Wyss Institute的分子机器人倡议，以及哈佛医学院的系统生物学教授。

通过将来自其外膜（以红色）中的高分辨率荧光信号与其内部腔内（以绿色）中的蛋白质组合（以蛋白质中的蛋白质组合，可以精确地可视化细胞的能量产生结构的分布。左边的GIF显示了通过在右侧图像中的图像中的小矩形概述的区域中通过单元格的3D空间拍摄的连续部分。

原则上，共聚焦显微镜使用所谓的针孔来消除来自焦平面上方和下方的图像平面的不需要的焦点荧光。通过扫描样品，平面在平面之后，研究人员可以在整个深度上收集从分子结合的染料发射的所需的荧光信号。具体而言，MPI / Wyss学院团队开发了“旋转盘共聚焦”（SDC）显微镜的技术，其通过通过具有多个针孔的旋转盘感测来检测来自整个平面的荧光信号。此外，“实现3D超分辨率，我们在检测路径中放置了一个额外的镜头，这使我们能够在第三维中归档子衍射有限的分辨率”第一个作者Florian Schuiter，这是与Jungmann一起使用的研究生呢？与Yin Wyss Institute团队合作，作为他硕士论文的一部分。

“通过SDC显微镜制造商可以轻松定制此添加;因此，我们基本上实施超分辨率显微镜，而没有复杂的硬件对来自生物医学研究的所有场地的细胞生物学家通常可用的显微镜​​。因此，该方法具有民主化全细胞和组织的超分辨率成像，“Jungmann说。

左图像显示研究人员如何使用SDC涂料在绿色的核膜中探讨细胞的DNA包络核，染色体相关蛋白在红色和蓝色中控制不同核过程的蛋白质。在右图像中，通过该方法对称为X染色体的不同区域的特定RNA的定位。

通过这种重要的提前，超分辨率的显微镜和DNA涂料可以对生物医学的研究人员更容易获得更能访问的，加速我们对辛化分子功能的洞察力和它们控制在细胞内的过程中，“Wyss Institute唐纳德·斯内加·戈特伯（MD）表示博士，谁也是波士顿儿童医院的HMS和血管生物学计划的朱谟民谣教授，以及在哈佛大学的John A.Paulson工程和应用科学学院（SEA）的生物工程教授。

研究中的其他作者是过去和尹群集团成员，包括Juanita Lara-Gutiérrez; Brian Beliveau，博士。 Sinem Saka，博士。和Hiroshi Sasaki，博士。和Jungmann合作的Jungmilian Straustein，Maximilian Straustein，Maximilian Strauss，Heinrich Grabmayrr，博士，博士·斯坦特该研究得到了哈佛大学生物学启发工程学院的赠款资助，德国研究基金会的Emmy Noether计划，欧洲研究委员会，LMU南科学中心，Max Planck社会和最大普朗克基金会，国家健康研究院和海军研究办公室。

出版物：Florian Schueder等，“使用旋转盘共聚焦显微镜和DNA-Paint”的全细胞多路复用3D超分辨率成像，“自然通信8，物品编号：2090（2017）DOI：10.1038 / S41467-017-02028-8