ROSE-3D: новый метод для изотропной 3D-сверхразрешающей микроскопии

Исследователи под руководством профессоров Сюй Тао и Цзи Вэй из Института биофизики Китайской академии наук разработали трёхмерный интерферометрический локализационный микроскоп — ROSE-3D (repetitive optical selective exposure in 3D). Метод, описанный в Nature Methods, обеспечивает изотропное нанометровое разрешение в 3D с использованием камеры.

Ключевым элементом стала высокоскоростная система переключения освещения на основе электрооптического дефлектора. Она позволила ROSE-3D одновременно вводить интерферометрический свет по осям X, Y и Z, сократив время переключения интерференционной картины до менее 1 микросекунды.

Благодаря 3D-интерферометрической локализации метод преодолевает зависимость от формы изображения одиночной молекулы. В пределах глубины резкости около одного микрометра система улучшает:

ROSE-3D позволяет получать нанометровое разрешение внутриклеточных структур толщиной 1 микрометр в одном слое.

Многоцветная и многослойная визуализация

Метод был расширен для многоцветной и многослойной съёмки. Это позволило провести двухцветную визуализацию белков ядерной ламины ламина A/C и ламина B1 в клетках COS-7.

Количественный анализ показал, что ламин A/C расположен с внутренней стороны ламина B1, с межслойным расстоянием около 10 нм. Впервые эта пространственная взаимосвязь была раскрыта в полном трёхмерном масштабе целого ядра клетки.

Кроме того, используя изотропную наноразрешающую способность, учёные зафиксировали in situ сборку белка митохондриального деления DRP1 в различные структуры на внешней мембране митохондрий. Это первая структурная характеристика сборок DRP1 в их естественной клеточной среде.

Значение для изучения наноархитектуры клетки

Результаты демонстрируют, что ROSE-3D как новая 3D-наноскопическая технология позволяет проводить сверхвысокое разрешение, локализацию и структурный анализ субклеточных органелл и макромолекулярных комплексов. Метод предоставляет мощную техническую поддержку для исследований in situ трёхмерной наноархитектуры клетки.

ROSE-3D открывает большие перспективы для разрешения разнообразных трёхмерных наноструктур в биологических образцах и для раскрытия нативных механизмов сборки биомолекулярных комплексов.