Kein Antikörper, ein "Frankenkörper": Neues Werkzeug für die Live-Cell-Bildgebung

Antikörperbasierte Sonde arbeitet in lebenden Systemen und zielt auf den klassischen HA-Tag ab

05.07.2019 - USA

Antikörper sind die Biomoleküle, die unser Immunsystem einsetzt, um eindringende Krankheitserreger zu finden, zu markieren und zu vernichten. Sie wirken durch Bindung an bestimmte Ziele, sogenannte Epitope, auf der Oberfläche von Antigenen - wie Schlösser an Schlüsseln.

Seit vielen Jahrzehnten nutzen Wissenschaftler diesen selektiven Markierungsmechanismus in natürlichen Antikörpern geschickt, um antikörperbasierte Sonden zu entwickeln, mit denen sie verschiedene Arten von Proteinen in Zellen reinigen und untersuchen können. Eine bewährte Technik, das Epitopen-Tagging, besteht darin, ein Epitop mit einem interessanten Protein zu verschmelzen und mit fluoreszierend markierten Antikörpern diese Proteine sichtbar zu machen - allerdings nur in festen, toten Zellen.

Jetzt hat ein interdisziplinäres Team von Forschern der Colorado State University (CSU) und des Tokyo Institute of Technology das Arsenal der antikörperbasierten Sonden um ein neues Werkzeug erweitert, allerdings mit einer starken Differenzierung: Ihre genetisch kodierte Sonde arbeitet in lebenden Zellen. Die Arbeit, die von CSU Monfort Professor Tim Stasevich und Tokyo Tech Professor Hiroshi Kimura geleitet wird, wird in Nature Communications beschrieben.

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Laut Erstautor Ning Zhao, einem Postdoc im Stasevich-Labor, der die meisten Experimente entworfen hat, wird ihre neue antikörperbasierte Sonde liebevoll als "frankenbody" bezeichnet. Wie beim Nähen neuer Gliedmaßen an einen Körper haben die Wissenschaftler die Bindungsbereiche eines normalen Antikörpers, die "klebrigen Teile", genommen und auf ein anderes Gerüst aufgepfropft, das in lebenden Zellen stabil bleibt, aber die Spezifität des Antikörpers behält.

"Wir sind an intrazellulären Antikörpern interessiert, weil man sie als bildgebende Reagenzien in einer lebenden Zelle verwenden kann", sagt Stasevich, Assistenzprofessor am Institut für Biochemie und Molekularbiologie der CSU. "Du brauchst keinen Tag, wie ein Green Fluorescent Protein, denn stattdessen hast du diesen fluoreszierenden Antikörper, der an dein Protein bindet, das du visualisieren willst."

Die neue Sonde wäre eine nützliche Ergänzung zum Green Fluorescent Protein (GFP), einem weit verbreiteten biochemischen Werkzeug und Gegenstand eines Nobelpreises, bei dem ein hell leuchtender grüner Marker genetisch mit einem Protein von Interesse fusioniert wird. Das GFP ist jedoch durch seine relativ große Größe und die Zeit, die es braucht, um zu fluoreszieren, begrenzt; mit der neuen Sonde der CSU-Forscher ist der Tag kleiner und fluoresziert schneller, so dass die "Geburt" eines interessanten Proteins in Echtzeit erfasst werden kann.

Mit dem Ziel, ihr Werkzeug sofort nutzbar zu machen, haben die Wissenschaftler ihre Sonde so konzipiert, dass sie mit dem klassischen HA-Tag arbeitet. HA ist ein weit verbreiteter kleiner linearer Epitop-Tag, der von einem Teil des menschlichen Grippevirus-Proteins Hämagglutinin abgeleitet ist.

"Seit langem betrachten die Menschen HA-gekennzeichnete Proteine in festen, toten Zellen", sagte Stasevich. "Jetzt können wir uns die Dynamik dieser Proteine in lebenden Zellen vorstellen."

Die Möglichkeiten, wie Wissenschaftler die neue Sonde nutzen können, sind grenzenlos. Stasevichs Labor ist besonders daran interessiert, die RNA-Übersetzung zu untersuchen, und sie planen, ihr neues System zu nutzen, um neue RNA-Imaging-Experimente einfacher zu gestalten.

Zhao hinzugefügt, ist der HA-Tag winzig - eine Kette von nur neun Aminosäuren - und die Sonde ist genetisch auf einem Plasmid kodiert, das leicht in eine Zelle übertragen werden kann. Dies steht im Gegensatz zu herkömmlichen Antikörpern, die ein Labor mehrere hundert Dollar pro Auftrag kosten können, unter Ansatz-zu-Ansatz-Variabilität leiden und schwer in Zellen zu gelangen sind. Die neue Sonde aus dem Stasevich-Team bietet daher eine kostengünstige Lösung für die Bildgebung von Proteinen und RNA-Translationen.

In dem Beitrag zeigten die Wissenschaftler einige Anwendungen, darunter die Verfolgung von Einzelproteinen, die Bildgebung mit einer einzigen RNA-Translation und die verstärkte Fluoreszenzabbildung in Zebrafischembryonen. Alle diese Experimente sind anspruchsvoller, wenn man traditionelle fluoreszierende Protein-Tags verwendet.

"Wir haben mehrere neue bildgebende Reagenzien in den Werken, die auf diesem Erfolg aufbauen, also sehe ich große Dinge vor uns", sagte Stasevich.

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