In een gezamenlijk document, onderzoekers van de Universiteit van Konstanz, Bielefeld University en ETH Zürich demonstreren voor het eerst dat de elektron paramagnetische resonantie (EPR) techniek RIDME (relaxatie-geïnduceerde dipolaire modulatieverbetering) kan worden toegepast om afstanden te bepalen tussen gadolinium(III)-gebaseerde spinlabels in cellen. In-cel afstandsbepaling door elektronen paramagnetische resonantie (EPR) onthult essentiële structurele informatie over biomacromoleculen, inclusief hun conformatie en vouw- en ontvouwingsprocessen.

Conventionele methoden voor in-cel bepaling van afstanden zoals dubbele elektron-elektronenresonantie (DEER of PELDOR) zijn in principe veel minder gevoelig dan RIDME, bieden tot vijf keer kleinere modulatiediepten, hebben bepaalde beperkingen met betrekking tot de excitatiebandbreedte en zijn technisch veeleisender. Als een enkele frequentietechniek die gebruik maakt van door relaxatie geïnduceerde spinflips om de afstand tussen twee spinlabels te bepalen, d.w.z. tussen twee ongepaarde elektronen, RIDME overwint al deze nadelen.

Met deze techniek kunnen de onderzoekers onder natieve omstandigheden met moleculen werken, als professor Malte Drescher en hoofdauteur Dr. Mykhailo Azarkh, beide van de Universiteit van Konstanz, benadrukken:"We begonnen met het analyseren van de conformatie van een eiwit in de cel. Met minder gevoelige technieken, we zijn genoodzaakt om veel eiwit in te brengen en te taggen om het te kunnen observeren, dat is helemaal niet wat er in de natuur gebeurt. Ideaal, we willen werken met concentraties die fysiologisch relevant zijn. Aangezien RIDME veel gevoeliger is dan DEER, het stelt ons in staat om precies dat te doen. We zijn nu in een positie om problemen aan te pakken die we anders niet zouden kunnen aanpakken".

De prestatie van in-cell RIDME werd beoordeeld op de Q-band met behulp van stijve moleculaire linialen gelabeld met Gd(III)-PyMTA en microjointed in Xenopus laevis (Afrikaanse klauwkikker) eicellen. Met andere woorden, de onderzoekers gebruikten een modelsysteem waarbij de precieze afstand tussen de spinlabels al bekend was, zodat ze de RIDME-metingen kunnen verifiëren. Het resulterende artikel getiteld "Gd(III)-Gd(III) Relaxation-Induced Dipolar Modulation Enhancement for In-Cell Electron Paramagnetic Resonance Distance Determination" werd online gepubliceerd in de Journal of Physical Chemistry Letters op 13.03.2019.

In-cell RIDME-afstandsbepaling is ontwikkeld en getest als onderdeel van het lopende ERC-gefinancierde project "SPICE - Spectroscopie in cellen", waarvoor Malte Drescher, Heisenberg Professor voor spectroscopie van complexe systemen aan de Universiteit van Konstanz, en zijn onderzoeksteam werden in 2017 erkend met een ERC Consolidator Grant van ongeveer twee miljoen euro. Hun doel is om nieuwe benaderingen van spectroscopie te ontwikkelen waarmee ze grotere en complexere biologische structuren op moleculair niveau van de cel kunnen onderzoeken.

De volgende stap in deze onderzoekslijn is het identificeren van andere geschikte spinlabels en het ontwikkelen van RIDME voor toepassing in moleculen waarvan de afstand tussen de spinlabels onbekend is. Bijzondere aandacht zal uitgaan naar moleculen die verband houden met neurodegeneratieve ziekten zoals de ziekte van Alzheimer en Parkinson.