L'image montre comment la technologie d'imagerie moléculaire discrète (DMI) visualise des cibles individuelles densément emballées qui ne sont distantes que de 5 nanomètres les unes des autres dans des structures d'origami d'ADN (voir les schémas à gauche). L'image en haut à droite montre une image super-résolution générée par DMI d'un motif clair de signaux individuels. Sur l'image en bas à droite, trois espèces cibles différentes au sein de la même structure d'origami ont été visualisées à l'aide de la méthode DMI améliorée par Exchange-PAINT. Crédit :Institut Wyss de l'Université Harvard
Les protéines ne fonctionnent généralement pas de manière isolée mais constituent plutôt des complexes plus grands comme les machines moléculaires qui permettent aux cellules de communiquer entre elles, déplacer des marchandises dans leurs intérieurs ou reproduire leur ADN. Notre capacité à observer et à suivre chaque protéine individuelle au sein de ces machines est cruciale pour notre compréhension ultime de ces processus. Encore, l'avènement de la microscopie à super-résolution qui a permis aux chercheurs de commencer à visualiser des molécules ou des complexes moléculaires étroitement positionnés avec une résolution de 10 à 20 nanomètres n'est pas assez puissant pour distinguer les caractéristiques moléculaires individuelles au sein de ces complexes densément emballés.
Une équipe du Wyss Institute for Biologically Inspired Engineering de Harvard dirigée par Peng Yin, membre du corps professoral, Doctorat., a, pour la première fois, été en mesure de distinguer des caractéristiques distantes de seulement 5 nanomètres les unes des autres dans un environnement densément emballé, structure moléculaire unique et d'atteindre la résolution la plus élevée à ce jour en microscopie optique. Rapporté le 4 juillet dans une étude en Nature Nanotechnologie , la technologie, aussi appelée « imagerie moléculaire discrète » (DMI), améliore la plate-forme de microscopie à super-résolution basée sur la nanotechnologie de l'ADN de l'équipe avec un ensemble intégré de nouvelles méthodes d'imagerie.
L'année dernière, l'opportunité de permettre aux chercheurs de disposer d'une microscopie à super-résolution peu coûteuse à l'aide de technologies basées sur DNA-PAINT a conduit le Wyss Institute à lancer sa spin-off Ultivue Inc.
« La résolution ultra-élevée du DMI fait avancer la plate-forme DNA-PAINT vers la vision de fournir la vue ultime de la biologie. Avec ce nouveau pouvoir de résolution et la capacité de se concentrer sur des caractéristiques moléculaires individuelles, Le DMI complète les méthodes actuelles de biologie structurale telles que la cristallographie aux rayons X et la cryomicroscopie électronique. Il ouvre la voie aux chercheurs pour étudier les conformations moléculaires et les hétérogénéités dans des complexes uniques à plusieurs composants, et fournit un facile, méthode rapide et multiplexée pour l'analyse structurelle de nombreux échantillons en parallèle" a déclaré Peng Yin, qui est également professeur de biologie des systèmes à la Harvard Medical School.
technologies ADN-PAINT, développées par Yin et son équipe sont basées sur la liaison transitoire de deux courts brins d'ADN complémentaires, l'un étant attaché à la cible moléculaire que les chercheurs visent à visualiser et l'autre attaché à un colorant fluorescent. Des cycles répétés de liaison et de déliaison créent un comportement de clignotement très défini du colorant sur le site cible, qui est hautement programmable par le choix des brins d'ADN et a maintenant été davantage exploité par les travaux actuels de l'équipe pour obtenir une imagerie à ultra haute résolution.
"En exploitant davantage les aspects clés sous-jacents aux conditions de clignotement dans nos technologies basées sur DNA-PAINT et en développant une nouvelle méthode qui compense les mouvements minuscules mais extrêmement perturbateurs de la platine du microscope qui transporte les échantillons, nous avons réussi à augmenter le potentiel au-delà de ce qui a été possible jusqu'à présent en microscopie à super-résolution, " a déclaré Mingjie Dai, qui est le premier auteur de l'étude et un étudiant diplômé travaillant avec Yin.
En outre, l'étude a été co-écrite par Ralf Jungmann, Doctorat., un ancien boursier postdoctoral dans l'équipe de Yin et maintenant chef de groupe à l'Institut Max Planck de biochimie de l'Université Ludwig Maximilian de Munich, Allemagne.
Les scientifiques du Wyss Institute ont évalué la résolution ultra-élevée du DMI à l'aide de nanostructures d'ADN synthétique. Prochain, les chercheurs prévoient d'appliquer la technologie à des complexes biologiques réels tels que le complexe protéique qui duplique l'ADN dans les cellules en division ou les récepteurs de surface cellulaire liant leurs ligands.
Dans cette image, le "Wyss!" nom a été visualisé sur un écran d'origami ADN avec la résolution la plus élevée possible en imagerie optique à l'aide de la technologie d'imagerie moléculaire discrète (DMI). Crédit :Institut Wyss de l'Université Harvard
"Peng Yin et son équipe ont encore une fois franchi des barrières jamais possibles auparavant en tirant parti de la puissance de l'ADN programmable, pas pour le stockage d'informations, mais créer des « instruments moléculaires » à l'échelle nanométrique qui effectuent des tâches définies et lisent ce qu'ils analysent. Cette nouvelle avancée de leur plate-forme d'imagerie à super-résolution alimentée par l'ADN est un exploit incroyable qui a le potentiel de découvrir le fonctionnement interne des cellules au niveau de la molécule unique à l'aide de microscopes conventionnels disponibles dans les laboratoires de biologie courants, " a déclaré Donald Ingber, MARYLAND., Doctorat., qui est le professeur Judah Folkman de biologie vasculaire à la Harvard Medical School et le programme de biologie vasculaire du Boston Children's Hospital, et également professeur de bio-ingénierie à la Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences.
