طور الباحثون تقنية الفحص المجهري الذي يقيس موقع واتجاه الجزيئات المفردة ويستخدمها لدراسة التفاصيل الهيكلية لمجموعات البروتين النشواني. (أ) صورة مجهرية توطين جزيء واحد لشبكة من الركام النشواني. (ب) صورة توضح اتجاهات ربط النيل الأحمر بالأسطح النشوانية ، مرمزة بالألوان وفقًا لمتوسط الاتجاه المقاس داخل كل صندوق. (ج-ز) قياسات اتجاه فردية موضعية على طول العمود الفقري الليفي داخل المربعات البيضاء في (ب). الخطوط موجهة ومشفرة بالألوان وفقًا لاتجاه الزاوية المقدرة. قضبان بيضاء أفقية هي علامات طول ، 1 ميكرون في (أ) ، (ب) و 100 نانومتر في (و) ، (ز). الصور من حساب : Tianben Ding ، Tingting Wu و Matthew D. Lew ، جامعة واشنطن في سانت لويس
in ,

طريقة الفحص المجهري الجديد نظرة غير مسبوقة إلى بنية البروتين النشواني

طور الباحثون تقنية الفحص المجهري الذي يقيس موقع واتجاه الجزيئات المفردة ويستخدمها لدراسة التفاصيل الهيكلية لمجموعات البروتين النشواني. (A) صورة مجهرية توطين جزيء واحد لشبكة من الركام النشواني. (B) صورة توضح اتجاهات ربط النيل الأحمر بالأسطح النشوانية ، مرمزة بالألوان وفقًا لمتوسط الاتجاه المقاس داخل كل صندوق. (C-G) قياسات اتجاه فردية موضعية على طول العمود الفقري الليفي داخل المربعات البيضاء في (B). الخطوط موجهة ومشفرة بالألوان وفقًا لاتجاه الزاوية المقدرة. قضبان بيضاء أفقية هي علامات طول ، 1 ميكرون في (A) ، (B) و 100 نانومتر في (F) ، (G). الصور من حساب : Tianben Ding ، Tingting Wu و Matthew D. Lew ، جامعة واشنطن في سانت لويس

غالبًا ما تكون أمراض التنكس العصبي مثل الزهايمر وباركنسون مصحوبة ببروتينات أميلويد في الدماغ التي أصبحت متكتلة أو خاطئة. تتيح تقنية مطورة حديثًا تقيس اتجاه الجزيئات المفردة استخدام الفحص المجهري البصري ، لأول مرة ، للكشف عن تفاصيل مقياس النانو حول هياكل هذه البروتينات الإشكالية.

يصف باحثون من جامعة واشنطن في سانت لويس نهجهم الجديد في Optica ، مجلة The Optical Society.

قال تيانبين دينج ، مؤلف أول مشارك للصحيفة الجديدة: “إن الاضطرابات العصبية التنكسية مثل مرض الزهايمر ومرض باركنسون هي الأسباب الرئيسية للوفاة في جميع أنحاء العالم”. “نأمل أن يوفر منهجنا للتصوير الموجه للجزيء الواحد رؤى جديدة في بنية الأميلويد وربما يساهم في التطوير المستقبلي للعلاجات الفعالة ضد هذه الأمراض.”

العمليات الحيوية والكيميائية في الدماغ مدفوعة بحركات معقدة وتفاعلات بين الجزيئات. على الرغم من أن معظم بروتينات الأميلويد قد تكون غير سامة ، إلا أن اختلال بعض منها قد يؤدي في النهاية إلى قتل العديد من الخلايا العصبية.

وأوضح ماثيو لو ، رئيس فريق البحث: “نحتاج إلى تقنيات تصوير يمكنها مراقبة هذه الحركات الجزيئية في الأنظمة الحية لفهم الآليات البيولوجية الأساسية للمرض”. “إن الأميلويد والأمراض من نوع البريون مثل الزهايمر وباركنسون والسكري هي أهدافنا الأولى لهذه التكنولوجيا ، لكننا نراها يتم تطبيقها في العديد من المجالات الأخرى أيضًا.”

اختيار أفضل ميكروسكوب

طور مختبر Lew العديد من طرق الفحص المجهري فائقة الدقة لجزيء واحد لقياس اتجاه وموقع الجزيئات الفلورية المتصلة بالبروتينات المفردة. يتم الحصول على معلومات التوجيه ليس فقط بقياس  موقع الألق في العينة ولكن أيضًا خصائص هذا الضوء ، مثل الاستقطاب ، والتي يتم تجاهلها عادةً في معظم طرق الفحص المجهري الأخرى.

في مقالة Optica ، وصف الباحثون مقياسًا للأداء قاموا بتصميمه لوصف مدى حساسية مختلف المجاهر لقياس اتجاهات الجزيئات الفلورية. باستخدام مؤشر الأداء الجديد ، وجد الباحثون أن المجهر الذي يقسم ضوء الفلورسنت إلى قناتين استقطابيتين (x و y) يوفر قياسات توجهية وعملية.

قال تينغتينج وو ، مؤلف مشارك في العمل: “إن المقياس الذي طورناه يحسب أداء تصميم مجهر معين أسرع 1000 مرة من ذي قبل”. “من خلال قياس اتجاهات الجزيئات المنفردة المرتبطة بالركام النشواني ، مكننا المجهر المختار من رسم الفروق في تنظيم بنية النشواني التي لا يمكن الكشف عنها بواسطة مجاهر التوطين القياسية.”

نظرًا لعدم وجود رابط اصطناعي بين مجسات الفلورسنت والأسطح الأميلويدية ، فإن اتجاه ربط المجسات إلى أسطح الأميلويد ينقل معلومات حول كيفية تنظيم بروتين الأميلويد نفسه. قام الباحثون بتحديد كيفية اختلاف اتجاهات جزيئات الفلورسنت في كل مرة يتم فيها ربط بروتين أميلويد واحد . يمكن أن تعزى الاختلافات في سلوكيات الربط هذه إلى الاختلافات الهيكلية بين الركام النشواني. لأن الطريقة توفر معلومات عن الجزيء الواحد ، يمكن للباحثين ملاحظة الاختلافات النانوية بين الهياكل النشوانية دون حساب متوسط تفاصيل السمات المحلية.

فرص للدراسات طويلة الأجل

قال دينغ: “نخطط لتوسيع طريقة مراقبة التغيرات في المقاييس النانوية داخل وبين الهياكل النشوانية لأنها تنظم على مدى ساعات إلى أيام”. “قد تكشف الدراسات طويلة المدى لركام الأميلويد عن ارتباطات جديدة بين كيفية تنظيم بروتينات الأميلويد ومدى سرعة نموها أو تذويبها تلقائيًا”.

لاحظ الباحثون أن الإعداد الذي استخدموه في الفحص المجهري للتوطين يتألف من الأجزاء المتاحة تجاريًا والتي يمكن الوصول إليها من قبل أي شخص يقوم بإجراء الفحص المجهري الفائق بجزيء واحد. رمز التحليل الخاص بهم متاح على موقع HUB من هنا  .

قال لو: “في المجهر البصري والتصوير ، دفع العلماء والمهندسون حدود التصوير لتكون أسرع ، مشاهدة أعمق ، ولها دقة أعلى”. “يُظهر عملنا أنه يمكن للمرء أن يلقي الضوء على العمليات الأساسية في علم الأحياء من خلال التركيز ، بدلاً من ذلك ، على التوجه الجزيئي ، والذي يمكن أن يكشف عن تفاصيل حول الأعمال الداخلية لعلم الأحياء التي لا يمكن تصورها بواسطة الميكروسكوب التقليدي.”

لمزيد من المعلومات :

Tianben Ding et al, Single-molecule orientation localization microscopy for resolving structural heterogeneities within amyloid fibrils, Optica (2020). من هنا

What do you think?

Comments

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *

Loading…

0

8 طرق تخبرك بها نباتاتك عن وجود خطأ ما .. و كيفية إصلاحه

جعل الالتفاف الجزيئي محفزًا مفيدًا لثلاثة تطبيقات للهيدروجين