Molekulare Vorgänge auf zellulärer Ebene sichtbar machen

Bei der superauflösenden Fluoreszenzmikroskopie werden fluores­zierende Sonden aus kurzen DNA-Strängen an den Ort des Geschehens gebracht, die dort an Proteine binden und diese dadurch zum Leuchten bringen. Mit dieser „DNA-PAINT“ getauften Methode lassen sich mole­ku­lare Vor­gänge auf zellu­lärer Ebene direkt sicht­bar machen. Eine der größten Heraus­forde­rungen dabei sind der­zeit die Markie­rungs­sonden – sie sind nicht klein genug.

„Wir arbeiten mit einer Ortsauflösung unter zehn Nanometern. Die her­kömm­lichen Markie­rungs­sonden sind dafür viel zu groß. Das hat bis­lang das ganze Forschungs­feld behindert“, erklärt Ralf Jung­mann von der Uni München und dem MPI für Bio­chemie. Sein Team hat jetzt eine neue Methode unter­sucht, Markie­rungs­sonden her­zu­stellen. Dabei kommen Aptamere zum Einsatz, kleine, aus DNA beste­hende Mole­küle, die auf­grund ihrer einzig­artigen 3D-Struktur spezi­fisch an Proteine binden können.

„Die ideale Sonde, um Proteine effizient zu markieren, muss mehrere Voraus­setzungen erfüllen“, sagt Sebastian Strauß aus der Arbeits­gruppe von Jung­mann. „Sie muss so klein wie möglich sein und auch zur quanti­ta­tiven Färbung ein­ge­setzt werden können. Außer­dem sollte eine große Biblio­thek dieser Sonden ver­füg­bar sein, um mög­lichst viele unter­schied­liche Ziel­proteine damit markieren zu können.“ Um das Poten­zial von Apta­meren zu unter­suchen, haben die Forscher mit dem amerika­nischen Unter­nehmen SomaLogic zusammen­ge­arbeitet, das für eine andere Anwen­dung bereits eine große Reihe an modi­fi­zierten Apta­meren ent­wickelt hat, die an tausende ver­schiedene Proteine binden können. Jetzt konnten die Forscher das Poten­zial dieser modi­fi­zierten Aptamere als Markie­rungs­sonden am Beispiel von sieben unter­schied­lichen Ziel­proteinen nach­weisen.

„Wir gehen davon aus, dass die neue Methode das Feld der super­auf­lösenden Mikro­skopie besonders im Hin­blick auf die Anwend­bar­keit in der Bio­logie ent­scheidend voran­bringen wird“, sagt Jung­mann. Sein Ziel ist es, mit­hilfe von DNA-PAINT sehr viele Proteine und deren Inter­aktionen gleich­zeitig zu beob­achten. In kommenden Studien wird das Team daher mit der neuen Markie­rungs­methode ganze Protein­netz­werke mit hoher Auf­lösung sicht­bar machen. „Wir werden bio­lo­gische und bio­medizi­nische Frage­stel­lungen angehen, die bis­lang nicht unter­sucht werden konnten.“

LMU / RK