リボ核酸（RNA）は、さまざまな基本的な生物学的プロセスの鍵です。 遺伝情報を転送したり、タンパク質に変換したり、遺伝子調節をサポートしたりします。 ハイデルベルク大学とカールスルーエ工科大学（KIT）に拠点を置く研究者は、それが実行する正確な機能をより詳細に理解するために、前例のない解像度で生細胞RNAイメージングを可能にする新しい蛍光イメージング法を考案しました。

この方法は、超解像イメージング技術用のローダミン結合アプタマー（RhoBAST）と呼ばれる新しい分子マーカーに基づいています。 このRNAベースの蛍光マーカーは、色素ローダミンと組み合わせて使用​​されます。 それらの独特の特性により、マーカーと色素は非常に特殊な方法で相互作用し、個々のRNA分子を光らせます。 次に、超解像イメージング技術である単一分子局在顕微鏡法（SMLM）を使用してそれらを可視化できます。 適切な蛍光マーカーがないため、光学蛍光顕微鏡によるRNAの直接観察はこれまで厳しく制限されてきました。

RhoBASTは、ハイデルベルク大学の薬学分子バイオテクノロジー研究所（IPMB）とKITの応用物理学研究所（APH）の研究者によって開発されました。 それらによって作成されたマーカーは遺伝的にコード化可能です。つまり、細胞によって生成された任意のRNAの遺伝子に融合することができます。 RhoBAST自体は非蛍光性ですが、非常に特殊な方法で結合することにより、細胞透過性のローダミン色素を点灯させます。 「これにより、RhoBAST-dye複合体によって達成される蛍光が劇的に増加します。これは、優れた蛍光画像を取得するための重要な要件です」とIPMBのDr Murat Sunbulは説明します。「ただし、超解像RNAイメージングの場合はマーカー追加のプロパティが必要です。」

研究者らは、各ローダミン色素分子が約XNUMX秒間だけRhoBASTに結合したままで、その後再び分離することを発見しました。 数秒以内に、この手順は新しい色素分子で繰り返されます。 「RhoBASTとローダミンの間のように、非常に速い交換速度と組み合わされた強い相互作用を見つけることは非常にまれです」と、APHのGerd UlrichNienhaus教授は述べています。 ローダミンはRhoBASTに結合した後にのみ点灯するため、マーカーと色素の間の新たに出現する相互作用の一定のストリングにより、絶え間ない「点滅」が発生します。 「この「オンオフ切り替え」は、まさにSMLMイメージングに必要なものです」とNienhaus教授は続けます。

同時に、RhoBASTシステムはさらに別の重要な問題を解決します。 蛍光画像は、時間の経過とともに色素分子を破壊するレーザー光照射下で収集されます。 迅速な染料交換により、光退色した染料が新しい染料に確実に置き換えられます。 これは、IPMBの科学者であるAndres Jaeschke博士が説明するように、個々のRNA分子をより長期間観察できることを意味し、画像の解像度を大幅に向上させることができます。

ハイデルベルグとカールスルーエの研究者は、腸内細菌（Escherichia coli）と培養ヒト細胞内のRNA構造を優れた局在精度で視覚化することにより、RNAマーカーとしてのRhoBASTの優れた特性を実証することができました。 「超解像蛍光顕微鏡を使用して、これまで見えなかった細胞内構造とRNAが関与する分子相互作用の詳細を明らかにすることができます。 これにより、生物学的プロセスの根本的に新しい理解が可能になります」とJaeschke教授は述べています。

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研究の文脈でMuratSunbulとAndresJaeschkeによって実施された研究は、ドイツ研究振興協会（DFG）によってサポートされ、Gerd UlrichNienhausによって実行された作業はDFGとヘルムホルツ協会によってサポートされました。 結果はジャーナルに掲載されました ネイチャー·バイオテクノロジー.