Les progrès récents de la microscopie à fluorescence permettent aux chercheurs d'étudier les processus biologiques en dessous de la limite de diffraction classique de la lumière. Ralf Jungmann, Professeur de physique expérimentale à la Ludwig-Maximilians-Universität de Munich et chef de groupe de recherche à l'Institut Max Planck de biochimie, et ses collègues ont développé DNA-PAINT, une variante de ces approches dites de super-résolution. "DNA-PAINT produit des images super-résolues à l'aide de microscopes relativement simples", dit Jungmann. La technique utilise des courts, des brins d'ADN marqués par un colorant qui interagissent de manière transitoire avec leurs compléments liés à la cible afin de créer le "clignotement" nécessaire à la reconstruction en super-résolution. Cette approche permet une résolution spatiale inférieure à 10 nm et un multiplexage facile grâce à l'utilisation de séquences d'ADN orthogonales pour différentes cibles.

"Dans les années récentes, nous avons optimisé DNA-PAINT dans quelques domaines clés. Cependant, une limitation majeure persiste, ce qui empêche DNA-PAINT d'être appliqué à des études à haut débit pertinentes sur le plan biomédical :la vitesse d'acquisition d'images plutôt lente", dit Jungmann. Les expériences classiques DNA-PAINT peuvent facilement durer de quelques dizaines de minutes à plusieurs heures. "Nous avons soigneusement vérifié pourquoi cela prend autant de temps", dit Florian Schüder, auteur principal de la présente étude et collaborateur du groupe de Jungmann. « La conception optimisée de la séquence d'ADN et l'amélioration des conditions de tampon d'image nous ont permis d'accélérer les choses d'un ordre de grandeur », ajoute Schüder.

De la planche à pain en origami ADN aux cellules

Afin d'évaluer quantitativement les améliorations apportées à DNA-PAINT, les chercheurs ont utilisé des structures d'origami d'ADN, qui sont auto-assemblés, des objets d'ADN de taille nanométrique se repliant de manière autonome dans des formes prédéfinies. Ces structures peuvent être utilisées pour organiser des sites de liaison ADN-PAINT espacés précisément, par ex. distances de 5 nm. Cela a permis aux chercheurs d'évaluer l'amélioration de la vitesse dans DNA-PAINT en utilisant des conditions bien définies. Dans une prochaine étape, l'équipe a également appliqué l'amélioration de la vitesse à un système cellulaire. Pour ça, microtubules, qui font partie du cytosquelette, étaient visualisés en super-résolution, 10 fois plus rapide qu'avant. "La vitesse d'imagerie accrue nous a permis d'acquérir une surface d'un millimètre carré à une résolution de 20 nm en seulement 8 heures. Cela nous aurait pris près de quatre jours auparavant", explique Schüder.

Ralf Jungmann conclut :« Avec ces améliorations actuelles, qui nous permettent d'imager 10 fois plus vite, nous amenons DNA-PAINT au niveau supérieur. Il devrait maintenant être possible de l'appliquer à des études à haut débit ayant une pertinence biologique et biomédicale, par ex. dans les applications diagnostiques."