超解像顕微鏡の限界を押し広げる：自己整合顕微鏡
ノーベル賞を受賞した超解像顕微鏡の限界を超える超精密顕微鏡により、科学者は個々の分子間の距離を直接測定できるようになります。
ニューサウスウェールズ大学の医学研究者らは、無傷の細胞内の個々の分子間の相互作用を検出するために、単一分子顕微鏡法において前例のない解像度を達成した。
2014年のノーベル化学賞は、超解像蛍光顕微鏡技術の開発に対して授与されました。この技術により、顕微鏡学者は細胞内部の分子的観察を初めて実現し、複雑な生物学的システムやプロセスの新たな分子的観察が可能になりました。
現在、単一分子顕微鏡の検出限界が再び押し上げられ、その詳細は Science Advances の最新号に掲載されています。
超高解像度顕微鏡で個々の分子を観察し追跡することは可能だが、これらの分子間の相互作用は、既存の単一分子顕微鏡で解像できるものよりも少なくとも 4 倍小さいスケールで起こる。
「単一分子顕微鏡の位置特定精度が通常 20 ～ 30 ナノメートル程度なのは、通常、顕微鏡が信号を検出するときに実際に移動するためです。これにより不確実性が生じます。既存の超解像装置を使用すると、タンパク質間の距離が位置の不確実性よりも短いため、あるタンパク質が別のタンパク質に結合しているかどうかを判断できない場合があります。」
この問題を解決するために、研究チームは、単一分子顕微鏡内に、光路とミラーステージを検出して再調整する自動フィードバックループを構築しました。
「この顕微鏡で何をするかは問題ではありません。基本的にナノメートルの精度で戻り経路を見つけます。これはスマート顕微鏡です。オペレーターやサービスエンジニアが行う必要があるすべてのことを、1秒間に12回実行できます。」とゴス教授は語った。
タンパク質間の距離を測定する
UNSW チームは、この論文で概説した設計と方法論を使用して、既存の顕微鏡と互換性があり、サンプル準備に最大限の柔軟性を提供するフィードバック システムを設計しました。
「これは、画像化の大きな問題に対する非常にシンプルでエレガントな解決策です。顕微鏡の中に顕微鏡を組み込んだだけで、メインの顕微鏡を調整するだけで済みました。私たちが見つけた解決策のシンプルさと実用性こそが、このシステムの真の強みです。システムを複製し、新しい技術をすぐに採用するのは簡単です」とゴス教授は語った。
研究者らは、超高精度フィードバック単分子顕微鏡の有用性を実証するために、これを使用して、T 細胞内のシグナル伝達タンパク質間の距離を直接測定しました。細胞免疫学における一般的な仮定は、T 細胞受容体がブレーキとして機能する別の分子に近い場合、これらの免疫細胞は静止状態のままであるということです。
高精度顕微鏡検査により、活性化T細胞内で2つのシグナル伝達分子が実際にさらに離れ、ブレーキが解除され、T細胞受容体のシグナル伝達がオンになっていることが示されました。
ゴス教授は、「静止状態のT細胞と活性化したT細胞内のシグナル伝達分子間の距離はわずか4-7ナノメートルしか違わないため、従来の顕微鏡技術ではこのような小さな変化を正確に測定することはできないだろう」と語った。
「これは、これらのシグナル伝達機構が空間的隔離にどれほど敏感であるかも示しています。このような調節プロセスを特定するには、正確な距離測定を行う必要がありますが、この顕微鏡はそれを可能にします。これらの結果は、この技術が発見段階にあり、他の方法では製造できないことを示しています。」
