Ludwig-Maximilians-Universität München
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Nanophysik

Blick ins Zellinnere

München, 19.06.2018

Ralf Jungmann entwickelt Mikroskope, die Zellstrukturen von nur wenigen Nanometer Größe zeigen. Nun ist es ihm gelungen, das Aktin-Netzwerk einer Zelle noch genauer darzustellen als bislang.

Die Abbildung zeigt ein 3D-Aktinnetzwerk in einer Cos7-Zelle, markiert mit Affimeren und aufgenommen mit DNA-PAINT. Die Farbkodierung bezeichnet die 3D-Position der Filamente (Rot: 200 nm, Blau: -300 nm). Maßstab: 5 µm. (Abbildung: Jungmann/LMU)

Ralf Jungmann, Professor für Experimentalphysik an der LMU und Leiter der Forschungsgruppe Molekulare Bildgebung und Bionanotechnologie am Max-Planck-Institut für Biochemie (Martinsried), entwickelt Mikroskopieverfahren, die Vorgänge auf molekularer Ebene sichtbar machen. Dafür programmiert er fluoreszierende Sonden auf Basis von kurzen Strängen des Erbmaterials DNA. Diese Mikroskopietechnik nennt sich DNA-PAINT. Nun hat ein Team um Ralf Jungmann und den Erstautor Thomas Schlichthärle erstmals Antikörper durch das wesentlich kleinere Protein Affimer ersetzt, um das Aktin-Netzwerk einer Zelle besser sichtbar zu machen. Die Gruppe von Jungmann arbeitete dazu mit den Laboren von Darren Tomlinson und Michelle Peckham an der University of Leeds zusammen. Über ihre Ergebnisse berichten die Forscher aktuell im Fachmagazin Angewandte Chemie (Internationale Edition).

Die Superauflösungsmikroskopie arbeitet mit Werkzeugen in unvorstellbar kleinen Größen im sogenannten Nanomaßstab. Antikörper zur spezifischen Markierung von Proteinen sind in diesen Dimensionen jedoch vergleichsweise groß – circa drei bis viermal größer als die Proteine, an die sie binden. Bislang nutzen die Forscher DNA-markierte Antikörper, um zielspezifisch Proteine in der Zelle mit Superauflösung sichtbar zu machen. Durch ihre Größe im Vergleich zum Auflösungsvermögen von DNA-PAINT und des markierten Proteins wird dadurch jedoch die Position des Antikörpers abgebildet, die nicht der wahren Position des abzubildenden Proteins entspricht. Mit kleineren Markern ließen sich hier noch bessere und genauere Ergebnisse erzielen.

Die Forscher um Jungmann haben daher in ihrer aktuellen Studie sogenannte Affimere verwendet, die etwa zehnmal kleiner sind als Antikörper, jedoch auch spezifisch Proteine erkennen. Durch ortsspezifische Modifikation dieser Affimers mit einem DNA-Strang konnten die Forscher in der jetztigen Veröffentlichung die Aktinfilamente einer Zelle mit DNA-PAINT sehr deutlich in drei Dimensionen abbilden. „Dies ist bislang nur mit sehr aufwändiger Mikroskopietechnik und spezialisierten Markern möglich. Dank der Kombination von DNA-PAINT mit den neuartigen Affimeren lässt sich dies nun mit einem Standard-Mikroskop und einfach zu erzeugenden Reagenzien erreichen“, sagt Thomas Schlichthärle. Ralf Jungmann fügt hinzu: „Da die Affimer-Reagenzien im Reagenzglas relativ schnell gegen verschiedene Proteine entwickelt werden können, besteht in Zukunft auch die Möglichkeit, diese für unterschiedliche Proteine in der Zelle einzusetzen und in Kombination mit DNA-PAINT ganze Signalpfade mit hunderten von Proteinen zum Leuchten zu bringen.“ (Angewandte Chemie 2018)

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