Kleine eiwitstructuren, amyloïden genaamd, zijn de sleutel tot het begrijpen van bepaalde verwoestende ouderdomsziekten. Aggregaten, of kleverige samengeklonterde amyloïden, vormen plaques in de hersenen, en zijn de belangrijkste boosdoeners in de progressie van de ziekte van Alzheimer en Huntington.

Amyloïden zijn zo klein dat ze niet kunnen worden gevisualiseerd met conventionele microscopische technieken. Een team van ingenieurs aan de Washington University in St. Louis heeft een nieuwe techniek ontwikkeld die gebruik maakt van tijdelijke fluorescentie, waardoor de amyloïden gaan flitsen, of "knipper, " en waardoor onderzoekers deze problematische eiwitten beter kunnen herkennen.

"Het is best moeilijk geweest, een manier vinden om ze op een niet-invasieve manier in beeld te brengen - de manier waarop ze samenkomen niet veranderen - en ook een manier bedenken om ze op de lange termijn in beeld te brengen om te zien hoe ze klonteren en grotere structuren vormen, " zei Matthew Lew, assistent-professor in de Preston M. Green Department of Electrical &Systems Engineering aan de School of Engineering &Applied Science. "Dat was de focus van ons onderzoek."

Momenteel, wetenschappers die amyloïden willen visualiseren, gebruiken grote hoeveelheden fluorescerend materiaal om de eiwitten in een reageerbuis te coaten. Bij gebruik van een fluorescentiemicroscoop, de amyloïden gloeien. Echter, het is niet bekend hoe permanent gehechte kleurstoffen de basisstructuur en het gedrag van het amyloïde kunnen veranderen. Het is ook moeilijk om de nanoschaalstructuren te onderscheiden die in het spel zijn met deze grootschalige experimentele techniek.

Lew, wiens onderzoeksfocus superresolutiemicroscopie en beeldvorming met één molecuul omvat, werkte samen met zijn voormalige Washington University-collega Jan Bieschke, nu universitair hoofddocent hersenwetenschappen aan het University College in Londen, om de nieuwe techniek te ontwikkelen waardoor ze knipperen. Het wordt transient amyloid binding (TAB) beeldvorming genoemd.

TAB gebruikt een standaardkleurstof genaamd thioflavine T, maar in plaats van de amyloïden te coaten, het plakt er tijdelijk een voor een aan. Het effect is niet blijvend, en de amyloïden zenden licht uit totdat de kleurstof loslaat, waardoor een onderscheidend knippereffect ontstaat. Met behulp van een fluorescentiemicroscoop konden de onderzoekers de knipperingen observeren en vastleggen. Ze lokaliseerden vervolgens de positie van elke knipperende thioflavine en reconstrueerden een super-opgelost beeld van de exacte amyloïde structuur.

"De thioflavine T gedroeg zich als een groep vuurvliegjes, oplichten wanneer ze in contact komen met het amyloïde, ' zei Bieschke.

"Wat we zagen waren lichtflitsen in de loop van de tijd, " zei Lew. "Op onze computerschermen, je zou deze afzonderlijke vlekken achter elkaar zien knipperen. We waren toen in staat om al deze punten over elkaar heen te leggen, geeft ons een volledig beeld van de structuur. Als je ze niet uit elkaar hebt gehaald, je zou een waas zien."

Het team testte de TAB-techniek op een verscheidenheid aan amyloïde structuren en kon voor al deze structuren beelden reconstrueren. gedurende een langere periode en in verschillende stadia van aggregatie. Hun resultaten zijn onlangs gepubliceerd in het tijdschrift ChemBioChem .

"Er is een nauw verband tussen het zien van de structuur van de eiwitten en leren hoe deze eiwitten interageren met neuronen, " zei Lew. "Uiteindelijk, we hebben de beeldvorming nodig om alle verschillende vormen en structuren te begrijpen die deze eiwitten in de loop van de tijd opbouwen, en hoe dat zich verhoudt tot de dood van cellen later."