Immuno-SABER: новый метод визуализации белков в тканях

Чтобы понять развитие и функции органов, исследователям необходимо визуализировать молекулярный состав клеток в 3D-пространстве. Крупные проекты, такие как "Human BioMolecular Atlas Program" (HuBMAP) и "Human Cell Atlas Project", направлены на картирование белков в тканях человека на уровне отдельных клеток. Однако существующие методы визуализации имеют ограничения по производительности или доступности.

Команда под руководством Пенг Иня из Висс-института Гарварда и Гарвардской медицинской школы (HMS) представила новый подход Immuno-SABER (Immunostaining with Signal Amplification By Exchange Reaction), основанный на ДНК-нанотехнологиях. Метод сочетает специфичность антител с ДНК-стратегией усиления сигнала, позволяя мультиплексную визуализацию многих белков в одном образце с программируемой интенсивностью флуоресценции.

Ключевые возможности метода:

  • Усиление сигнала: Интенсивность сигнала для отдельных белков-мишеней можно независимо настраивать в 5–180 раз.
  • Мультиплексирование: Одновременное обнаружение множества белков.
  • Простота и скорость: Метод относительно прост в использовании, недорог и обеспечивает высокую пропускную способность.

Как работает Immuno-SABER:

  1. Антитела, специфичные к белкам-мишеням, метятся уникальными короткими ДНК-баркодами.
  2. С помощью реакции Primer Exchange Reaction (PER) синтезируются длинные конкатемеры ДНК, которые присоединяются к этим баркодам.
  3. Конкатемеры служат каркасом с множеством сайтов связывания для флуоресцентных олигонуклеотидов ("imagers"), что значительно усиливает сигнал от каждой молекулы белка.

Повышение мультиплексирования: Exchange-SABER

Метод был объединён с техникой DNA-Exchange, при которой один набор флуоресцентных меток смывается и заменяется другим, что позволяет визуализировать новые группы белков в том же образе. В качестве доказательства концепции исследователи визуализировали 10 различных белков в срезах сетчатки мыши.

Настройка сигнала под abundance белка

Важной особенностью Immuno-SABER является возможность настройки силы сигнала путём создания разветвлённых структур из конкатемеров PER, которые содержат больше сайтов связывания для меток. Это позволяет одновременно визуализировать как редкие белки (с усиленным сигналом от разветвлённых структур), так и обильные (с линейными конкатемерами). Например, метод использовали для одновременной визуализации шести белков с разной распространённостью в образцах миндалин человека.

Высокое разрешение в тканях

Для достижения высокого разрешения в сложных тканевых средах Immuno-SABER объединили с микроскопией расширения (Expansion Microscopy), разработанной Эдвардом Бойденом. Этот метод искусственно увеличивает объём фиксированных тканей, повышая расстояние между молекулами и улучшая разрешение без специализированных инструментов. Комбинация Exchange-SABER с микроскопией расширения обеспечивает высокое мультиплексирование, пропускную способность и разрешение, необходимое для создания молекулярных атласов человеческого тела.