Ralf Jungmann de LMU développe des modes de microscopie capables de résoudre des structures cellulaires avec des dimensions de l'ordre du nanomètre. Il a maintenant réussi à imager les réseaux d'actine dans les cellules de manière plus détaillée qu'auparavant.

Ralf Jungmann, Professeur de Physique Expérimentale au LMU et responsable du groupe de recherche Imagerie Moléculaire et Bionanotechnologie à l'Institut Max Planck de Biochimie (Martinsried), est engagé dans le développement de modes de microscopie innovants permettant de visualiser les processus intracellulaires au niveau d'une seule molécule. Son approche est basée sur l'utilisation de marqueurs fluorescents marqués avec de courts ADN simple brin qui définissent leur spécificité de liaison. Ces marqueurs reconnaissent leurs cibles en se liant à des séquences d'ADN complémentaires attachées à des anticorps qui interagissent spécifiquement avec des protéines cellulaires individuelles. Cette stratégie, bien connu sous le nom de DNA-PAINT, permet de "s'adresser" spécifiquement à une pléthore de protéines cellulaires à la fois. Maintenant, une équipe dirigée par Jungmann, avec Thomas Schlichthärle comme premier auteur, rapporte la première utilisation de petites protéines appelées « affimères, " à la place des anticorps plus volumineux, pour visualiser les réseaux d'actine dans les cellules à une résolution encore plus élevée. Le travail a été réalisé en collaboration avec les groupes dirigés par Darren Tomlinson et Michelle Peckham à l'Université de Leeds ainsi que Jonas Ries du European Molecular Biology Lab (EMBL) à Heidelberg. La nouvelle étude paraît dans la revue Angewandte Chemie .

L'objectif de la microscopie à super-résolution est de visualiser les structures et processus cellulaires au niveau d'une seule molécule, les molécules ne mesurant que quelques nanomètres. Les anticorps utilisés jusqu'à présent pour détecter les protéines cellulaires sont assez gros – trois à quatre fois plus gros que les protéines auxquelles ils se lient. Cela est également vrai pour les anticorps marqués à l'ADN utilisés pour visualiser les protéines cibles dans les expériences avec DNA-PAINT. La différence entre la résolution apportée par DNA-PAINT et les dimensions du complexe anticorps-cible signifie essentiellement que le signal fluorescent indique la position de l'anticorps et non celle de la protéine à laquelle il est lié. Ce problème peut être résolu et des données plus précises et informatives peuvent être obtenues en développant des marqueurs plus petits qui offrent le même niveau de spécificité de reconnaissance.

Dans leur dernier projet, Jungmann et ses collègues se sont tournés vers les affimers à cette fin. Les affimers sont des liants protéiques dix fois plus petits que les anticorps traditionnels, mais sont toujours capables de reconnaître spécifiquement et de se lier à des espèces protéiques définies. Ils sont produits et affichés à la surface des virus bactériens, et peut être facilement identifié et purifié. En modifiant ces affimères par fixation site-spécifique d'un brin d'ADN de séquence définie, les chercheurs ont pu visualiser clairement des filaments d'actine simples dans des cellules en trois dimensions au moyen de DNA-PAINT. Jusqu'à maintenant, cela a nécessité l'utilisation de techniques de microscopie extrêmement élaborées et de marqueurs hautement spécialisés. En combinant DNA-PAINT avec ces nouveaux affimers, il est désormais possible d'atteindre ce niveau de résolution avec un montage de microscopie standard et des réactifs faciles à produire, dit Thomas Schlichthärle. Et Ralf Jungmann d'ajouter :Étant donné que les réactifs affimer dirigés contre différentes protéines sont relativement faciles à fabriquer dans le tube à essai, il devrait être possible à l'avenir de les utiliser pour marquer de grands ensembles de protéines dans les cellules. En combinaison avec DNA-PAINT, cela nous permettrait de visualiser des voies de signalisation complètes impliquant des centaines d'espèces de protéines différentes."