Paljud ülerahvastatud biomolekulaarsed struktuurid rakkudes ja kudedes on antikehade märgistamiseks kättesaamatud. Et mõista, kuidas nendes struktuurides olevad valgud on nanomõõtmelise täpsusega paigutatud, tuleb need struktuurid enne märgistamist lahti võtta.
Mõnikord võib neid struktuure olla raske kujutada, kuna nende nähtavaks muutmiseks kasutatavad fluorestseeruvad märgised ei suuda molekulide vahele kiiluda. Selle piirangu ületamiseks MIT teadlased on välja töötanud uue tehnika, mis muudab nähtamatud molekulid nähtavaks. Meetod aitab teadlastel molekule tühjendada, laiendades raku- või koeproovi enne molekulide märgistamist. See võimaldab molekulidel olla fluorestseeruvatele märgistele paremini ligipääsetavad.
Edward Boyden, Y. Eva Tan'i neurotehnoloogia professor, MIT-i bioloogilise inseneri ning aju- ja kognitiivteaduste professor ütles: "Saab selgeks, et laienemisprotsess toob esile palju uusi bioloogilisi avastusi. Oletame, et bioloogid ja arstid on uurinud valku aju või mõni muu bioloogiline isend ja nad märgistavad seda tavalisel viisil. Sel juhul võivad neil puududa terved nähtuste kategooriad.
Nagu teadlased märkisid, võimaldab see meetod teadlastel visualiseerida molekule ja rakustruktuure, mida pole kunagi varem nähtud. Oma uuringus suutsid teadlased kujutada nanostruktuuri, mis leiti sünapsis neuronid. Nad kujutasid ka selle struktuuri Alzheimeri-seotud amüloid-beeta-naastude kohta üksikasjalikumalt kui võimalik.
Deblina Sarkar, meedialabori dotsent ja üks uuringu juhtivaid autoreid, ütles: "Meie tehnoloogia, mida nimetasime laienemist paljastavaks, võimaldab visualiseerida neid nanostruktuure, mis varem olid peidetud, kasutades selleks akadeemilistes laborites hõlpsasti kättesaadavat riistvara."
Enne koe laiendamist rakendasid paisutusmikroskoopia algversiooni teadlased huvipakkuvatele molekulidele fluorestseeruvaid markereid. Märgistamine viidi läbi kõigepealt, osaliselt seetõttu, et proovi valgud pidid enne koe suurendamist ensüümi poolt lagundatud. See tähendas, et kui kude oli venitatud, oli valke võimatu märgistada.
Selle probleemi lahendamiseks otsivad teadlased viisi, kuidas koe laiendada, jättes valgud puutumata. Ensüümide asemel kasutasid nad kudede pehmendamiseks soojust. See võimaldas koel 20 korda laieneda, ilma et see häviks. Seejärel eraldasid nad valgud, mida sai pärast paisumist märgistada fluorestseeruvate märgistega.
Kuna teadlased said märgistamiseks juurdepääsu paljudele valkudele, võisid nad sünapsides tuvastada pisikesi rakulisi struktuure. Arvatakse, et need nanokolonnid aitavad sünaptilist suhtlust tõhusamaks muuta.
Jinyoung Kang, MIT-i järeldoktor, ütles: "Seda tehnoloogiat saab kasutada paljudele bioloogilistele küsimustele vastamiseks sünaptiliste valkude düsfunktsiooni kohta, mis on seotud sellega neurodegeneratiivsed haigused. Puudub tööriist sünapside väga hästi visualiseerimiseks.
Oma uut tehnikat kasutades pildistasid teadlased beeta-amüloid, naastude moodustav peptiid AD-s. Nad kasutasid hiirte ajukude ja leidsid, et amüloid beeta moodustab perioodilisi nanoklastreid. Seda polnud varem nähtud.
Üllataval kombel leidsid nad ka amüloid-beeta klastritest kaaliumikanaleid. Lisaks tekitavad amüloid-beeta molekulid spiraalseid struktuure aksonid.
Margaret Schroeder, MITi magistrant, kes on ka artikli autor, ütles: "Selles artiklis me ei spekuleeri selle üle, mida see bioloogia võib tähendada, kuid näitame, et see on olemas. See on vaid üks näide uutest mustritest, mida me näeme.
Sarkar ütles, „Olen lummatud nanomõõtmelistest biomolekulaarsetest mustritest, mida see tehnoloogia paljastab. Nanoelektroonika taustaga olen välja töötanud elektroonilised kiibid, mis nõuavad nanofab-is täpset joondamist. Aga kui ma näen, et emake loodus on meie ajus sellise nanomõõtmelise täpsusega biomolekule paigutanud, läheb see mu meelest.
Ajakirja viide:
- Sarkar, D., Kang, J., Wassie, AT et al. Nanostruktuuride paljastamine ajukoes valkude dekodeerimise teel iteratiivse paisumismikroskoopia abil. Nat. Biomed. Eng (2022). DOI: 10.1038/s41551-022-00912-3
