Optimiertes Mikroskopie-Verfahren ermöglicht Einzelmolekül-Detektion unter nativen Bedingungen

Die Entwicklung der Hochauflösungsmikroskopie, die 2014 mit dem Nobelpreis ausgezeichnet wurde, erlaubt die Analyse zellbiologischer Prozesse mit einer Präzision von wenigen Nanometern, was sogar die Unterscheidung einzelner Moleküle innerhalb von Zellen möglich macht. Eine Limitation dieser Methode ist jedoch, dass in aller Regel die Zielmoleküle genetisch modifiziert werden müssen, um eine möglichst präzise Messung zu erreichen. Forschern an der WWU Münster haben nun ein Proteinmarkierungs-Verfahren optimiert, so dass auch native, nicht-modifizierte Proteine in ihrer natürlichen Umgebung auf der Einzelmolekülebene sichtbar gemacht und quantifiziert werden können.

Hintergrund und Methode

Hochauflösungsmikroskopie wird in der Regel mit einem Verfahren ermöglicht, bei dem durch eine kurzzeitige Anbindung von fluoreszent-markierten Proben Signale an einzelnen Molekülen erzeugt werden, wodurch deren genaue Lokalisation innerhalb der Zelle berechnet werden kann. Hierzu wird jedoch in aller Regel das zu untersuchende Molekül genetisch modifiziert. DNA-PAINT beruht zum Beispiel darauf, dass eine DNA-Bindestelle an das Zielprotein angebracht wird, an die wiederum komplementäre, fluoreszierende DNA-Stränge zur Detektion binden können. Andere Hochauflösungsmikroskopie-Methoden beruhen auf der Modifikation durch fluoreszente Proteine, die nach Wunsch an- und ausgeschaltet werden. Da solche genetischen Modifikationen in vielen Anwendungen aber unerwünscht und mitunter auch gar nicht möglich sind, bedarf es neuer Methoden zur Detektion nicht modifizierter, endogener Proteine.

Lisa Fischer, Doktorandin in der Arbeitsgruppe von Prof. Carsten Grashoff, entwickelte daher nun ein Verfahren, genannt Direct Peptide-PAINT, mit dem ein zentrales Zelladhäsionsprotein, Talin, mit einem fluoreszierenden Interaktions-Peptid markiert werden kann. Die erste Anwendung lieferte so nicht nur ersten Einblicke in die Verteilung dieses Moleküls in differenzierenden Stammzellen, es konnten auch erstmals einzelne Talin-Proteine in Gewebeschnitten sichtbar gemacht werden. Das neue Verfahren scheint daher geeignet, um die Untersuchung von Adhäsionsprozessen unter patho-physiologischen relevanten Bedingungen möglich zu machen. Die Forscher erwarten, dass dies wichtige, molekulare Einblicke in Krankheitsbilder erlaubt, denen eine dysfunktionale Zelladhäsion zu Grunde liegt.

Forschungsförderung

Die Arbeiten wurden durch die Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) und dem Human Frontier Science Programm gefördert.

Originalpublikation

Lisa S. Fischer, Thomas Schlichthaerle, Anna Chrostek-Grashoff, and Carsten Grashoff. Peptide-PAINT Enables Investigation of Endogenous Talin with Molecular Scale Resolution in Cells and Tissues. DOI: 10.1002/cbic.202100301