German Title: Molekül Lokalisation mit STED

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Abstract

I present a re-implementation of the super-resolution method MINSTED, which enhances the stimulated emission interaction probability of the STED (stimulated emission depletion) process and therefore reduces the optical power required by approximately one order of magnitude. This results in an enhanced localization performance, achieving uncertainties in single-molecule localization below 1nm. This molecular-scale localization precision is applied to biological specimens upon the use of the DNA-PAINT labelling scheme. The imaging of the nuclear pore complex in fixed HeLa cells is demonstrated and the colocalization of synaptic vesicle proteins in a multi-colour experiment in fixed rat hippocampal neurons was investigated. The MINSTED localization approach is additionally shown to be used for single molecule tracking at nanometre-millisecond spatio-temporal precision. The biological relevance is highlighted by tracking of the motor protein kinesin-1, clearly resolving its 16nm steps with a temporal precision of <2ms.

Translation of abstract (German)

Ich präsentiere eine Weiterentwicklung der hochauflösenden Mikroskopiemethode MINSTED, die die Wechselwirkungswahrscheinlichkeit der stimulierten Emission beim STED-Prozess (stimulated emission depletion) erhöht und daher die erforderliche Lichtleistung um etwa eine Größenordnung reduziert. Dies führt zu einer verbesserten Qualität der Lokalisationen, wobei Unsicherheiten bei der Einzelmoleküllokalisierung von weniger als 1nm erreicht werden. Die molekulare Präzision wird unter der Verwendung der Markierungsmethode DNA-PAINT an biologischen Proben reproduziert. In Lokalisationsmessungen des Kernporenkomplexes in fixierten HeLa-Zellen und der Untersuchung von Kolokalisation synaptischer Vesikelproteine in einem Mehrfarbenexperiment in fixierten Hippocampus-Neuronen der Ratte wird die biologische Anwendbarkeit nachgewiesen. Darüber hinaus wird gezeigt, dass der MINSTED-Lokalisierungsansatz für die Verfolgung einzelner Moleküle mit einer räumlich-zeitlichen Präzision im Nanometer-Millisekunden Bereich verwendet werden kann. Die biologische Relevanz wird durch die Verfolgung des Motorproteins Kinesin-1 verdeutlicht, dessen 16nm Schritte mit einer zeitlichen Präzision von <2ms klar aufgelöst werden.