Correlative cryogenic fluorescence and soft x-ray tomography of cells

• Applicant: Dr. Venera Weinhardt
• Subject Area: Structural Biology ; Biophysics
• Term: from 2017 to 2019
• Project identifier: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Project number 355191992

• Final Report Year: 2019

Final Report Abstract

In diesem Projekt habe ich den ersten Ansatz der Mehrfachauflösungs-Weichröntgenmikroskopie zur Abbildung einzelner Zellen demonstriert. Ähnlich der Lichtmikroskopie wurde dazu ein Röntgenmikroskop mit zwei komplementären Objektiven ausgestattet, die unter Vakuumbedingungen leicht umschaltbar sind, um Daten mit der erforderlichen Auflösung und Sichtfeldabdeckung zu erzeugen. Ich konnte ferner zeigen, dass umschaltbare Objektive auf Zellen anwendbar sind, deren Größe von Bakterien über Hefe bis hin zu menschlichen Zellen reicht, und dass die Verwendung einer Optik mit höherer Auflösung die Klarheit, mit der feine Merkmale in der Weichröntgentomographie unterschieden werden können, erheblich verbessert. Des weiteren kombinierte ich Daten, die an der gleichen Probe aber unter Verwendung unterschiedlicher Kontrastmechanismen, wie z. B. kryogener Fluoreszenzmikroskopie gemessen wurden, mit Weichröntgentomographie. Durch eine automatische Korrelation dieser beiden Bildgebungsmethoden gelang es mir, das Spannungsgranulat - eines der membranlosen Organellen - in Osteoblasten-Zelllinien abzubilden. Dies zeigt, dass die Spannungsantwort einer Zelle eine orchestrierte Antwort ist, bei der sich alle Organellen räumlich neu organisieren. Die Möglichkeit, das Sichtfeld und die Auflösung in der weichen Röntgenmikroskopie zu wählen und es automatisch mit der Kryo-Fluoreszenztomographie zu korrelieren, ermöglicht eine bessere Übereinstimmung mit den von derselben Probe gesammelten Fluoreszenzdaten.

Publications

• “PSF correction in soft x-ray tomography“, Journal of Structural Biology, June 13, (2018)
  Ekman, V. Weinhardt, J-H. Chen, G. McDermott, M.A. Le Gros, C. Larabell
  
• "Imaging cell morphology and physiology using X-rays ", Biochemical Society Transactions, Apr 05 (2019)
  V.Weinhardt, J-H Chen, A. Ekman, G. McDermott, M. Le Gros and C. Larabell
  
• „RNA drives coexisting material states and spatial organization of protein phase separation“, PNAS, March 29 (2019)
  S. Boeynaems, A.S. Holehouse, V. Weinhardt, D. Kovacs, J.V. Lindt, C. Larabell, L. Va Den Bosch, R. Das, P. Tompa, R.V. Pappu and A. Gitler
  
• (2020): Putting Molecules in the Picture: Using Correlated Light Microscopy and Soft X-Ray Tomography to Study Cells. In: Eberhard J. Jaeschke, Shaukat Khan, Jochen R. Schneider und Jerome B. Hastings (Hg.): Synchrotron Light Sources and Free-Electron Las
  Ekman, J-H. Chen, V. Weinhardt, G. McDermott, M. A. Le Gros, C. A. Larabell