反復膨張顕微鏡によるタンパク質の減少による脳組織のナノ構造を明らかにする

細胞や組織内の密集した生体分子構造の多くは、抗体の標識にアクセスできません。したがって、これらの構造内のタンパク質がナノスケールの精度でどのように配置されているかを理解するには、標識する前にこれらの構造を混雑から取り除く必要があります。今回我々は、拡大顕微鏡法（通常の顕微鏡でのイメージング解像度の向上を可能にするために、膨潤性ヒドロゲルによる細胞および組織の浸透とそれに続く等方性ヒドロゲルの拡大）の反復変形により、拡大しているがそれ以外は無傷な組織のナノ構造のイメージングを可能にすることを示す。約20 nmの解像度。我々が「拡張明示」と名付けたこの方法は、DNAプローブベースの超解像顕微鏡で検証されており、ゲル固定試薬と均一な膨潤性ヒドロゲルへのサンプルの埋め込み、拡張、再埋め込みが含まれます。拡大解明により、共焦点顕微鏡を使用して、無傷の脳回路におけるシナプス前カルシウムチャネルとシナプス後足場タンパク質の整列を画像化することが可能になり、アルツハイマー病のマウスモデルから脳組織内のイオンチャネルタンパク質を含む周期的アミロイドナノクラスターを発見することが可能になった。。拡大して明らかにすることで、細胞や組織内のこれまで見たことのないナノ構造をさらに発見できるようになります。

Many crowded biomolecular structures in cells and tissues are inaccessible to labelling antibodies. To understand how proteins within these structures are arranged with nanoscale precision therefore requires that these structures be decrowded before labelling. Here we show that an iterative variant of expansion microscopy (the permeation of cells and tissues by a swellable hydrogel followed by isotropic hydrogel expansion, to allow for enhanced imaging resolution with ordinary microscopes) enables the imaging of nanostructures in expanded yet otherwise intact tissues at a resolution of about 20 nm. The method, which we named 'expansion revealing' and validated with DNA-probe-based super-resolution microscopy, involves gel-anchoring reagents and the embedding, expansion and re-embedding of the sample in homogeneous swellable hydrogels. Expansion revealing enabled us to use confocal microscopy to image the alignment of pre-synaptic calcium channels with post-synaptic scaffolding proteins in intact brain circuits, and to uncover periodic amyloid nanoclusters containing ion-channel proteins in brain tissue from a mouse model of Alzheimer's disease. Expansion revealing will enable the further discovery of previously unseen nanostructures within cells and tissues.