Исследователи разработали новый метод визуализации со сверхвысоким разрешением и высокой пропускной способностью. Используя новую технику, ученые смогли создать трехмерный атлас нейрональных клеток с разрешением одной молекулы и обнаружили ранее неизвестный тип синапса. Результаты исследования были опубликованы в журнале Cell.

В нынешнем исследовании, проводимом Эдуардом Унтерауэром в лаборатории Юнгмана в MPI биохимии и LMU, исследователи представляют SUM-PAINT. Это новая технологическая разработка в микроскопии сверхвысокого разрешения , которая впервые позволяет очень быстро и практически без ограничений визуализировать и картировать большое количество белков.

«Сложность живых систем варьируется от целых организмов и тканей до структуры сложных клеточных сетей и организации и взаимодействия отдельных биомолекул», — говорит Эдуард Унтерауэр, соавтор исследования.

«Чтобы понять эту сложность во всей ее полноте, положение, идентичность и взаимодействие отдельных биомолекул должны изучаться одновременно. Такие методы, которые объединяют несколько сигналов, называются методами мультиплексирования. Для достижения полного понимания белка необходимо преодолеть четыре критические проблемы. организация: чувствительность, пропускная способность, пространственное разрешение и возможность мультиплексирования».

Сосредоточив внимание на сложной среде нейрональных клеток головного мозга, команда создала первый в мире атлас нейронов с разрешением одной молекулы для 30 различных типов белков. Благодаря улучшенной пропускной способности и возможностям мультиплексирования они смогли разгадать сложную структуру синаптических белков почти 900 отдельных синапсов.

Для дальнейшего изучения этих больших наборов данных исследовательская группа разработала конвейер анализа на основе машинного обучения. Анализируя 1600 особенностей наборов изображений, таких как содержание белка , его распределение или форма, ученые обнаружили ранее неизвестный тип химического синапса. Эти синапсы составляют лишь около 1% всех синапсов. Их невозможно было бы обнаружить с помощью других методов визуализации.

С помощью SUM-PAINT команда обеспечивает интегрированный рабочий процесс для генерации и анализа данных, который может использоваться исследователями по всему миру. SUM-PAINT относительно легко использовать с имеющимися в продаже микроскопами.

«Мы убеждены, что SUM-PAINT — это не только веха на пути к расшифровке сложности клеточной биологии на молекулярном уровне, но и потенциальный прорыв в открытии новых терапевтических подходов к нейродегенеративным заболеваниям », — говорит Ральф Юнгманн, руководитель член исследовательской группы молекулярной визуализации и бионанотехнологии в МПИ биохимии и заведующий кафедрой молекулярной физики жизни в ЛМУ.

Предоставляя детальное представление о расположении и взаимодействии большого количества белков на молекулярном уровне , SUM-PAINT открывает беспрецедентные возможности для исследования ранее скрытых деталей неврологических расстройств. Таким образом, новый метод может способствовать более глубокому пониманию механизмов, лежащих в основе таких заболеваний, как болезнь Паркинсона или деменция Альцгеймера.