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RESI能夠以?ngstr?m分辨率跨長(zhǎng)度尺度進(jìn)行顯微鏡觀察：從單個(gè)蛋白質(zhì)的整個(gè)細(xì)胞到DNA中兩個(gè)相鄰堿基之間的距離。學(xué)分：馬克斯·伊格萊西亞斯
馬克斯普朗克生物化學(xué)研究所（MPIB）和慕尼黑路德維希-馬克西米利安大學(xué)（LMU）的Ralf Jungmann研究小組在熒光顯微鏡方面取得了突破。該團(tuán)隊(duì)開發(fā)了順序成像分辨率增強(qiáng)（RESI），這是一項(xiàng)革命性的技術(shù)，可將熒光顯微鏡的分辨率提高到?ngstr?m級(jí)。這項(xiàng)創(chuàng)新有望為我們研究生物系統(tǒng)的方法帶來(lái)范式轉(zhuǎn)變，迄今為止沒(méi)有的細(xì)節(jié)。
細(xì)胞是生命的基本單位，包含大量維持和延續(xù)生命系統(tǒng)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)、過(guò)程和機(jī)制。許多細(xì)胞核心成分，如DNA、RNA、蛋白質(zhì)和脂質(zhì)，只有幾納米的大小。這使得它們大大小于傳統(tǒng)光學(xué)顯微鏡的分辨率J限。因此，這些分子和結(jié)構(gòu)的確切組成和排列通常是未知的，導(dǎo)致對(duì)生物學(xué)基本方面缺乏機(jī)械理解。
近年來(lái)，超分辨率技術(shù)在分辨光的經(jīng)典衍射J限以下的許多亞細(xì)胞結(jié)構(gòu)方面取得了突飛猛進(jìn)的進(jìn)步。單分子定位顯微鏡（SMLM）是一種超分辨率方法，可以通過(guò)暫時(shí)分離其單個(gè)熒光發(fā)射來(lái)解析十納米大小的結(jié)構(gòu)。
當(dāng)單個(gè)目標(biāo)在其他黑暗的視野中隨機(jī)點(diǎn)亮（它們閃爍）時(shí)，它們的位置可以用亞衍射精度確定。由Jungmann小組發(fā)明的DNA-PAINT是一種SMLM技術(shù)，它使用染料標(biāo)記的DNA“成像器”鏈與其靶標(biāo)結(jié)合補(bǔ)體的瞬時(shí)雜交，以實(shí)現(xiàn)超分辨率所需的閃爍。然而，迄今為止，即使是DNA-PAINT也無(wú)法解析*小的細(xì)胞結(jié)構(gòu)。
在目前發(fā)表在《自然》雜志上的研究中，由共同**作者Susanne Reinhardt，Luciano Masullo，Isabelle Baudrexel和Philipp Steen以及Jungmann領(lǐng)導(dǎo)，該團(tuán)隊(duì)在超分辨率顯微鏡中引入了一種新方法，該方法從根本上實(shí)現(xiàn)了“無(wú)限”的空間分辨率。
這項(xiàng)新技術(shù)稱為通過(guò)順序成像增強(qiáng)分辨率，簡(jiǎn)稱RESI，利用DNA-PAINT通過(guò)獨(dú)特的DNA序列編碼目標(biāo)身份的能力。通過(guò)標(biāo)記相鄰的靶標(biāo)，即使通過(guò)超分辨率顯微鏡也無(wú)法分辨，使用不同的DNA鏈，將額外的分化程度（條形碼）引入樣品中。通過(guò)對(duì)**個(gè)序列進(jìn)行順序成像，然后對(duì)另一個(gè)序列（從而對(duì)目標(biāo)序列）進(jìn)行成像，現(xiàn)在可以明確地分離它們。
至關(guān)重要的是，當(dāng)它們按順序成像時(shí)，目標(biāo)可以任意接近彼此，這是其他技術(shù)無(wú)法解決的問(wèn)題。此外，RESI不需要專門的儀器，事實(shí)上，它可以使用任何標(biāo)準(zhǔn)的熒光顯微鏡進(jìn)行應(yīng)用，使幾乎所有研究人員都可以輕松使用。
為了證明RESI在分辨率上的飛躍，該團(tuán)隊(duì)為自己設(shè)定了解決生物系統(tǒng)中*小空間距離之一的挑戰(zhàn)：沿著DNA雙螺旋的單個(gè)堿基之間的分離，間隔不到一納米。
通過(guò)設(shè)計(jì)DNA折紙納米結(jié)構(gòu)，使其呈現(xiàn)單鏈DNA序列，這些序列從一個(gè)堿基對(duì)距離從雙螺旋突出，然后依次對(duì)這些單鏈進(jìn)行成像，研究小組解決了相鄰堿基之間0.85納米（或8.5 ?ngstr?m）的距離，這是以前無(wú)法想象的壯舉。研究人員以1 ?ngstr?m或10億分之一米的精度完成了這些測(cè)量，強(qiáng)調(diào)了RESI方法沒(méi)有的功能。
重要的是，該技術(shù)是通用的，不**于DNA納米結(jié)構(gòu)的應(yīng)用。為此，研究小組研究了利妥昔單抗的分子作用模式，利妥昔單抗是一種抗CD20單克隆抗體，于1997年首次被批準(zhǔn)用于治療CD20陽(yáng)性血癌。然而，研究這些藥物分子對(duì)分子受體模式的影響已經(jīng)超出了傳統(tǒng)顯微鏡技術(shù)的空間分辨率能力。了解這些模式是否以及如何在健康和疾病以及治療中發(fā)生變化，不僅對(duì)基本機(jī)制研究很重要，而且對(duì)設(shè)計(jì)新的靶向疾病療法也很重要。
使用RESI，Jungmann和他的團(tuán)隊(duì)能夠揭示未處理細(xì)胞中CD20受體作為二聚體的自然排列，并揭示CD20如何在藥物治療后重新排列成二聚體鏈。單蛋白水平的見解現(xiàn)在有助于闡明利妥昔單抗的分子作用模式。
由于RESI是在完整的完整細(xì)胞中進(jìn)行的，因此該技術(shù)縮小了純結(jié)構(gòu)技術(shù)（如X射線晶體學(xué)或低溫電子顯微鏡）與傳統(tǒng)的低分辨率全細(xì)胞成像方法之間的差距。Jungmann和他的團(tuán)隊(duì)堅(jiān)信，“這種沒(méi)有的技術(shù)不僅對(duì)超分辨率，而且對(duì)整個(gè)生物學(xué)研究都是真正的游戲規(guī)則改變者。
更多信息：Susanne C. M. Reinhardt 等人，?ngstr?m 分辨率熒光顯微鏡，《自然》（2023 年）。DOI： 10.1038/s41586-023-05925-9
期刊信息：自然
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