リアルタイム3D一分子追跡

Real-time 3D single molecule tracking.

• Shangguo Hou
• Jack Exell
• Kevin Welsher

抄録

これまでのところ、一分子研究は、長時間かつ高時間分解能の測定を達成するために、テザリングや閉じ込めに依存してきた。ここで、我々は、光子の限られた時間分解能で一度に数分間、溶液中の単一の蛍光体にロックオンすることが可能な3D単一分子アクティブリアルタイムトラッキング法（3D-SMART）を提示します。デモとして、3D-SMARTは、アクティブに〜10kHzのカウントレートで〜16秒の平均持続時間で90％グリセロール溶液中の単一のAtto 647N蛍光体を追跡するために適用されます。アクティブフィードバックトラッキングは、さらに単一タンパク質と核酸に適用され、最大10μm/sの速度で単一DNA分子の様々な長さ（99～1385bp）の拡散を直接測定します。さらに、3D-SMARTは、単一のSpinach2 RNAアプタマーの占有率を定量化し、自由に拡散する単一のDNA上の活性転写を捕捉することができます。3D-SMARTは、一分子分光法のアンテザリングに向けた重要なステップを表しています。

To date, single molecule studies have been reliant on tethering or confinement to achieve long duration and high temporal resolution measurements. Here, we present a 3D single-molecule active real-time tracking method (3D-SMART) which is capable of locking on to single fluorophores in solution for minutes at a time with photon limited temporal resolution. As a demonstration, 3D-SMART is applied to actively track single Atto 647 N fluorophores in 90% glycerol solution with an average duration of ~16 s at count rates of ~10 kHz. Active feedback tracking is further applied to single proteins and nucleic acids, directly measuring the diffusion of various lengths (99 to 1385 bp) of single DNA molecules at rates up to 10 µm/s. In addition, 3D-SMART is able to quantify the occupancy of single Spinach2 RNA aptamers and capture active transcription on single freely diffusing DNA. 3D-SMART represents a critical step towards the untethering of single molecule spectroscopy.