Ralf Jungmann van LMU ontwikkelt microscopiemethoden die cellulaire structuren kunnen oplossen met afmetingen in de orde van nanometers. Hij is er nu in geslaagd actinenetwerken in cellen gedetailleerder in beeld te brengen dan voorheen.

Ralf Jungmann, Hoogleraar Experimentele Fysica aan de LMU en hoofd van de onderzoeksgroep Molecular Imaging and Bionanotechnology aan het Max Planck Institute of Biochemistry (Martinsried), houdt zich bezig met de ontwikkeling van innovatieve vormen van microscopie die het mogelijk maken om intracellulaire processen op het niveau van één molecuul te visualiseren. Zijn benadering is gebaseerd op het gebruik van fluorescerende markers die zijn gelabeld met korte enkelstrengs DNA's die hun bindingsspecificiteit bepalen. Deze markers herkennen hun doelwitten door te binden aan complementaire DNA-sequenties die zijn gehecht aan antilichamen die specifiek interageren met individuele cellulaire eiwitten. Deze strategie, toepasselijk bekend als DNA-PAINT, maakt het mogelijk om specifiek een overvloed aan cellulaire eiwitten tegelijk te "adresseren". Nutsvoorzieningen, een team onder leiding van Jungmann, met Thomas Schlichthärle als eerste auteur, meldt het eerste gebruik van kleine eiwitten genaamd 'affimers, " in plaats van de grotere antilichamen, om de actinenetwerken in cellen met een nog hogere resolutie te visualiseren. Het werk werd uitgevoerd in samenwerking met de groepen onder leiding van Darren Tomlinson en Michelle Peckham aan de Universiteit van Leeds en Jonas Ries van het European Molecular Biology Lab (EMBL) in Heidelberg. De nieuwe studie verschijnt in het tijdschrift Angewandte Chemie .

Het doel van superresolutiemicroscopie is om cellulaire structuren en processen op het niveau van één molecuul te visualiseren, waarbij moleculen slechts enkele nanometers groot zijn. De antilichamen die tot nu toe zijn gebruikt om cellulaire eiwitten te detecteren, zijn vrij groot - drie tot vier keer groter dan de eiwitten waaraan ze binden. Dit geldt ook voor de DNA-gelabelde antilichamen die worden gebruikt om doeleiwitten te visualiseren in experimenten met DNA-PAINT. Het verschil tussen de resolutie die wordt verschaft door DNA-PAINT en de afmetingen van het antilichaam-doelwitcomplex betekent in wezen dat het fluorescente signaal de positie van het antilichaam aangeeft en niet die van het eiwit waaraan het is gebonden. Dit probleem kan worden opgelost en er kunnen nauwkeurigere en informatieve gegevens worden verkregen door kleinere markers te ontwikkelen die hetzelfde niveau van herkenningsspecificiteit bieden.

In hun nieuwste project Jungmann en zijn collega's hebben zich hiervoor tot affimers gewend. Affirmers zijn eiwitbinders die tien keer kleiner zijn dan traditionele antilichamen, maar zijn nog steeds in staat om specifiek gedefinieerde eiwitsoorten te herkennen en eraan te binden. Ze worden geproduceerd en weergegeven op de oppervlakken van bacteriële virussen, en kan gemakkelijk worden geïdentificeerd en gezuiverd. Door deze affimeren te modificeren door plaatsspecifieke hechting van een DNA-streng met een gedefinieerde sequentie, met DNA-PAINT konden de onderzoekers enkelvoudige actinefilamenten in cellen driedimensionaal zichtbaar maken. Tot nu toe, dit vereiste het gebruik van uiterst uitgebreide microscopietechnieken en zeer gespecialiseerde markers. Door DNA-PAINT te combineren met deze nieuwe affimeren, het is nu mogelijk om dit resolutieniveau te bereiken met een standaard microscopie-opstelling en gemakkelijk te produceren reagentia, zegt Thomas Schlichthärle. En Ralf Jungmann voegt eraan toe:Aangezien affimere reagentia gericht tegen verschillende eiwitten relatief eenvoudig te maken zijn in de reageerbuis, het zou in de toekomst mogelijk moeten zijn om ze te gebruiken om grote sets eiwitten in cellen te labelen. In combinatie met DNA-PAINT, dit zou ons in staat stellen om volledige signaalroutes te visualiseren waarbij honderden verschillende eiwitsoorten betrokken zijn."