리보 핵산 (RNA)은 다양한 기본적인 생물학적 과정의 핵심입니다. 유전 정보를 전달하거나 단백질로 변환하거나 유전자 조절을 지원합니다. 그것이 수행하는 정확한 기능에 대한 더 자세한 이해를 얻기 위해 하이델베르그 대학과 칼 스루에 공과 대학 (KIT)의 연구자들은 전례없는 해상도로 생세포 RNA 이미징을 가능하게하는 새로운 형광 이미징 방법을 고안했습니다.

이 방법은 초 고해상도 영상 기법을위한 로다 민 결합 압 타머 (RhoBAST)라는 새로운 분자 마커를 기반으로합니다. 이 RNA 기반 형광 마커는 염료 로다 민과 함께 사용됩니다. 독특한 특성으로 인해 마커와 염료는 매우 특정한 방식으로 상호 작용하여 개별 RNA 분자가 빛납니다. 그런 다음 초 고해상도 이미징 기술인 단일 분자 국소화 현미경 (SMLM)을 사용하여 가시화 할 수 있습니다. 적절한 형광 마커가 없기 때문에 광학 형광 현미경을 통한 RNA의 직접적인 관찰은 현재까지 심각하게 제한되었습니다.

RhoBAST는 하이델베르그 대학의 약학 및 분자 생명 공학 연구소 (IPMB)와 KIT의 응용 물리학 연구소 (APH)의 연구자들에 의해 개발되었습니다. 그들에 의해 생성 된 마커는 유 전적으로 암호화 될 수 있으며, 이는 세포에 의해 생성 된 모든 RNA의 유전자에 융합 될 수 있음을 의미합니다. RhoBAST 자체는 형광이 없지만 매우 특정한 방식으로 결합하여 세포 투과성 로다 민 염료를 밝힙니다. IPMB의 Murat Sunbul 박사는 "이는 RhoBAST-dye 복합체에 의해 달성 된 형광의 극적인 증가로 이어지며, 이는 우수한 형광 이미지를 얻기위한 핵심 요건입니다."라고 설명하며 다음과 같이 덧붙입니다. 추가 속성이 필요합니다.”

연구자들은 각 로다 민 염료 분자가 다시 분리되기 전까지 약 XNUMX 초 동안 만 RhoBAST에 결합되어 있음을 발견했습니다. 몇 초 안에이 절차가 새로운 염료 분자로 반복됩니다. APH의 Gerd Ulrich Nienhaus 교수는“RhoBAST와 로다 민 사이 에서처럼 매우 빠른 교환 동역학과 결합 된 강력한 상호 작용을 찾는 것은 매우 드뭅니다. 로다 민은 RhoBAST에 결합한 후에 만 ​​불이 켜지 기 때문에 마커와 염료 사이의 새로운 상호 작용의 지속적인 문자열은 끊임없는 "깜박임"을 초래합니다. Nienhaus 교수는“이 'on-off 스위칭'은 정확히 우리가 SMLM 이미징에 필요한 것입니다.

동시에 RhoBAST 시스템은 또 다른 중요한 문제를 해결합니다. 형광 이미지는 시간이 지남에 따라 염료 분자를 파괴하는 레이저 광 조사 하에서 수집됩니다. 빠른 염료 교환은 광표백 된 염료가 새로운 염료로 대체되도록합니다. 이는 개별 RNA 분자를 더 오랜 시간 동안 관찰 할 수 있다는 것을 의미하며, 이는 이미지 해상도를 크게 향상시킬 수 있다고 IPMB의 과학자 인 Andres Jaeschke 교수가 설명합니다.

Heidelberg와 Karlsruhe의 연구자들은 장내 세균 (Escherichia coli) 내부의 RNA 구조를 시각화하여 RNA 마커로서 RhoBAST의 뛰어난 특성을 입증 할 수 있었고, 뛰어난 위치 정확도로 배양 된 인간 세포를 확인할 수있었습니다. “우리는 초 고해상도 형광 현미경을 사용하여 이전에 볼 수 없었던 세포 내 구조와 RNA와 관련된 분자 상호 작용의 세부 사항을 밝힐 수 있습니다. 이것은 생물학적 과정에 대한 근본적으로 새로운 이해를 가능하게 할 것입니다.”라고 Jaeschke 교수는 말합니다.

# # #

연구 맥락에서 Murat Sunbul과 Andres Jaeschke가 수행 한 연구는 독일 연구 재단 (DFG)의 지원을 받았으며 Gerd Ulrich Nienhaus가 수행 한 작업은 DFG와 헬름홀츠 협회의 지원을 받았습니다. 결과는 저널에 게재되었습니다 자연 생명 공학.