Neue biologische Marker im Nanobereich

Foto:

Aptamere sind deutlich kleiner als
Antikörper und können an mehr
Strukturen in lebenden Zellen
binden;© panthermedia.net/
Sebastian Kaulitzki

Kleinste Strukturen und molekulare Abläufe lassen sich mit Hilfe der Stimulated Emission Depletion (STED) Mikroskopie exakt darstellen. Sogar einzelne Moleküle in Zellen werden sichtbar und ihre Bewegungen lassen sich unter dem STED-Mikroskop in Echtzeit verfolgen. Und doch waren bisher auch der hochauflösenden STED-Mikroskopie Grenzen gesetzt.

Der Grund: Wirklich erkennbar werden einzelne Moleküle erst dann, wenn sie sich vorher erfolgreich mit geeigneten Farbstoffen markieren lassen. Konventionelle Antikörper, die in der Regel für die spezifische Markierung von Molekülen genutzt werden, sind jedoch oft zu groß, um an schwer zugängliche Moleküle andocken zu können.

Den Forschern Professor Silvio O. Rizzoli und Doktor Felipe Opazo vom Exzellenzcluster Mikroskopie im Nanometerbereich am DFG-Forschungszentrum Molekularphysiologie des Gehirns (CMPB) der Universitätsmedizin Göttingen ist es nun gelungen, geeignete Marker zu identifizieren, die kleiner sind als Antikörper: die sogenannten Aptamere. Ihre geringe Größe erlaubt es, an deutlich mehr Strukturen zu binden, die in lebenden Zellen für Antikörper nicht oder nur schwer zugänglich sind. In Kombination mit der STED-Mikroskopie kann durch Verwendung solcher Aptamere eine noch exaktere Auflösung zellulärer Strukturen erreicht werden als bisher.

„Molekulare Marker müssen eine sehr effiziente Bindung sowie eine hohe Stabilität aufweisen, um einzelne Zielmoleküle exakt darstellen zu können. Diese Kriterien erfüllen die Aptamere perfekt“, sagt Opazo. Bei Aptameren handelt es sich um kleine einzelsträngige Nukleinsäuremoleküle. Ähnlich dem Schlüssel-Schloss-Prinzip erkennen und binden sie passgenau an zelluläre Zielstrukturen. Eine ähnlich hohe Effektivität konnte bisher nur mit Antikörpern erreicht werden.

Die Markierung durch Aptamere verbessert die optische Auflösung von Zielmolekülen mittels STED-Mikroskopie gegenüber konventionellen Antikörpern erheblich. Zudem können Aptamere deutlich kostengünstiger, in beliebiger Größe und ohne den Einsatz von Tierversuchen mit Standardlaborequipment chemisch synthetisiert werden.

„Dies und ihre Fähigkeit, Zielstrukturen direkt zu binden, hebt sie auch von den erst kürzlich im Zusammenhang mit hochauflösender Mikroskopie beschriebenen Nanobodies ab“, sagt Rizzoli. Besonders kleine Aptamere binden dabei besser an schwer zugängliche Strukturen und zeigen eine erhöhte Spezifität. Als Zielstrukturen dienten Moleküle, die bei der Bewegung von Endosomen eine Rolle spielen, die für die Zell-Zell-Kommunikation wichtig sind. Spektakuläre Abbildungen aus der Arbeit zeigen, dass nun sogar kleinste endosomale Strukturen in hoher Auflösung visualisiert und deren Bewegungen in lebenden Zellen verfolgt werden können.

Der erfolgreiche Einsatz von Aptameren für die spezifische Markierung kleinster Zielmoleküle in unterschiedlichen Zellsystemen bedeutet einen weiteren Fortschritt für die Anwendung hochauflösender bildgebender Verfahren. Aptamere wurden zudem bereits im Vorfeld erfolgreich für das gezielte Ausschalten von Genen und in der Krebstherapie angewandt.

MEDICA.de; Quelle: Georg-August-Universität Göttingen