Biomoleculair ‘dwaze stopverf’: beeldvorming met hoge resolutie van cellulaire condensaten bereikt met behulp van fluorogene technologie

Biomoleculaire condensaten verschuiven blobs in onze cellen die cellulaire materie organiseren. Het zijn verschillende moleculaire gemeenschappen gemaakt van DNA, RNA en eiwitten die moleculen “condenseren” naar belangrijke locaties, maar ze tarten vaak de beschrijving. Gedeeltelijk is dit omdat ze zo klein zijn, ze niet kunnen worden gemeten met behulp van traditionele microscopen.

“Deze blobs werden ooit beschreven als ‘vloeistofachtig’ omdat sommigen van hen werden waargenomen om te kussen, fuseren, druppelen en stromen als regendruppels op voorruiten,” zei Rohit Pappu, Gene K. Beare, professor in de biomedische techniek de McKelvey School of Engineering aan de Washington University in St. Louis.

Hoewel de Blobs er misschien uitzien als regendruppels, hebben berekeningen anders gesuggereerd. De moleculaire organisatie binnen condensaten lijkt meer op die van een netwerk dat op verschillende tijdschalen herschikt, waardoor condensaten meer een verschuivend, dom stopachtig karakter hebben.

Werken met het lab van Matthew Lew, universitair hoofddocent elektrische en systeemtechniek aan McKelvey, Pappu en collega’s, alle leden van het Center for Biomolecular Condensates bij WashU, testten computationele voorspellingen door in condensaten te turen met behulp van nieuwe super-resolutie microscopiemethoden.

In onderzoek gepubliceerd in Natuurfysica,, De Pappu en Lew Labs laten zien hoe fluorogenen kunnen worden gebruikt – milieugevoelige kleurstoffen die alleen in bepaalde chemische omgevingen oplichten – om in condensaten te turen met hoge resoluties die wetenschappers eerder niet konden bereiken. Ze gebruikten deze fluorogenen één voor één, geholpen door unieke beeldvormingstechnologieën die in het Lew Lab zijn ontwikkeld, om in condensaten te turen met hoge resoluties.

Deze vooruitgang in beeldvorming staat centraal in het begrijpen van hoe condensates functioneren en hoe ze mis gaan in de context van kankers en neurodegeneratieve ziekten, die worden geassocieerd met functioneel afwijkende condensaten.

Bestaande technieken vertrouwen op het gemiddelde van het gedrag van het hele ensemble van moleculen in condensaten. Deze nieuwe enkele fluorogene methode daarentegen maakt een enkele en multimoleculaire resolutie mogelijk. Het Washu -team gebruikte fluorescerende chemische sondes die alleen oplichten als ze de juiste soort chemische en visco -elastische omgeving tegenkomen, die dienen als bakens voor regio’s die verschijnen als hubs binnen netwerken van moleculen die bij elkaar worden gehouden door “stickers”.

Over die stickers: als je aan condensaten denkt als een groep mensen, zijn de stickers de vrienden die de beslissingen nemen over waar en wanneer ze moeten verzamelen en die moeten uitnodigen, zeiden de onderzoekers.

“Geschakeld door de interacties die in eiwitsequenties zijn geschreven, zijn bepaalde individuele eiwitten de hubs van de visco -elastische (dwaze stopverf) netwerkstructuur in het condensaat,” zei Lew. “Onze fluorogeensensoren lichten niet op totdat ze deze hubs hebben gevonden. Door de bewegingen van individuele fluorogenen te volgen stelde ons in staat om de hubs te vinden en te volgen terwijl ze vormden, bewogen en gedemonteerd.”

Pappu beschreef de microscopie als verwant aan het verzenden van een enkele mier om in kaart te brengen en door een donker huis te navigeren. De mier zal meer tijd doorbrengen rond secties waar suiker er voor is weggelaten en de kaart die het maakt, zal het helderst rond die suiker gloeien.

Met behulp van een enkele mier – eigenlijk een enkele fluorogeen – kan onderzoekers niet kunnen voorkomen dat tegenstrijdige signalen over het terrein worden verzameld dat zou optreden als u veel mieren tegelijkertijd zou bekijken – Akin naar bestaande technieken.

Met dat enkele sterke signaal en het gebruik van een superresolutie microscoop, kunnen wetenschappers nu enkele moleculen detecteren en hun bewegingen volgen met resolutie buiten de diffractielimiet.

“De fluorogenen zwemmen in een condensaat en helpen ons voor het eerst de interne organisatie in kaart te brengen,” zei Pappu. “Dit werd mogelijk gemaakt door de innovaties van Matt Lew en de samenwerkingen van ons unieke centrum.”