細胞や組織内の密集した生体分子構造の多くは、抗体の標識にアクセスできません。 これらの構造内のタンパク質がナノスケールの精度でどのように配置されているかを理解するには、標識する前にこれらの構造を混雑から取り除く必要があります。
これらの構造を可視化するために使用される蛍光標識が分子の間に入り込むことができないため、これらの構造を画像化することが困難な場合があります。 この制限を克服するには、 マサチューセッツ工科大学（MIT） 科学者たちは、目に見えない分子を可視化する新しい技術を開発しました。 この方法は、科学者が分子を標識する前に細胞または組織サンプルを拡張することで分子の混雑を解消するのに役立ちます。 これにより、分子が蛍光タグにアクセスしやすくなります。
MITの生物工学および脳・認知科学の教授で神経工学のY.エヴァ・タン教授であるエドワード・ボイデン氏は次のように述べています。 「拡張プロセスにより多くの新しい生物学的発見が明らかになることが明らかになりつつあります。 生物学者と臨床医が、あるタンパク質を研究していると仮定してください。 脳 または別の生物学的標本に通常の方法でラベルを付けています。 その場合、現象のカテゴリー全体が見落とされる可能性があります。」
科学者が指摘したように、この方法により、科学者はこれまで見たことのない分子や細胞構造を視覚化することができます。 彼らの研究では、科学者たちは人間のシナプスに見られるナノ構造を画像化することができました。 ニューロン。 彼らはまた、 アルツハイマーβ-結合アミロイドβプラークを可能な限り詳細に観察します。
メディアラボの助教授であり、研究の筆頭著者の一人であるデブリナ・サーカー氏は次のように述べた。 「私たちが展開解明と名付けたこの技術は、学術研究室で簡単に入手できるハードウェアを使用して、これまで隠されていたナノ構造の視覚化を可能にします。」
組織を拡大する前に、元のバージョンの拡大顕微鏡では、科学者は対象の分子に蛍光マーカーを適用しました。 組織を拡大する前にサンプルのタンパク質を酵素で分解する必要があるため、標識が最初に実行されました。 これは、一度組織が引き伸ばされてしまうと、タンパク質をマークすることが不可能になることを意味しました。
この問題を克服するために、科学者たちはタンパク質を無傷のままにして組織を拡大する方法を見つけようと宣伝しています。 彼らは酵素の代わりに熱を使って組織を柔らかくしました。 これにより、組織は破壊されることなく 20 倍に拡張することができました。 次に、増殖後に蛍光タグで標識できるタンパク質を分離しました。
科学者は標識のために多数のタンパク質にアクセスできるため、シナプス内の小さな細胞構造を特定できるようになりました。 これらのナノコラムは、シナプス伝達をより効率的にするのに役立つと考えられています。
MIT博士研究員のJinyoung Kang氏は次のように述べています。 「この技術は、シナプスタンパク質の機能不全に関する多くの生物学的疑問に答えるために使用できます。 神経変性疾患。 シナプスをうまく視覚化するツールはこれまでありませんでした。」
科学者たちは新しい技術を使用して画像を撮影しました β-アミロイド、ADにおけるプラーク形成ペプチド。 彼らはマウスの脳組織を使用し、アミロイドベータが周期的なナノクラスターを形成していることを発見した。 これは以前には見られなかったものです。
驚くべきことに、彼らはアミロイドベータクラスターにもカリウムチャネルを発見しました。 さらに、アミロイドベータ分子は、アミロイドベータ分子に沿ってらせん構造を生成します。 軸索.
この論文の著者でもあるMIT大学院生のマーガレット・シュローダー氏は次のように述べています。 「この論文では、その生物学が何を意味するかについては推測しませんが、それが存在することを示します。 これは、私たちが確認できる新しいパターンの一例にすぎません。」
サーカーは言った、 「私はこの技術が明らかにするナノスケールの生体分子パターンに魅了されています。 ナノエレクトロニクスの背景を活かして、私はナノファブ内で正確な位置合わせを必要とする電子チップを開発してきました。 しかし、母なる自然が私たちの脳内で生体分子をナノスケールの精度で配置しているのを見ると、私の心は衝撃を受けます。」
ジャーナルリファレンス：
- Sarkar, D.、Kang, J.、Wassie, AT 他。 反復拡大顕微鏡法によるタンパク質の密集化による脳組織のナノ構造の解明。 ナット。 バイオメッド。 英語 （2022）。 DOI： 10.1038/s41551-022-00912-3
