Single molecule bioanalysis

Current Pharmaceutical Analysis

Volumn 3, Issue 3, 2007, Pages 186-194

  Hesse, Jan ^a   Schütz, Gerhard J ^b  

^a Upper Austrian Research GmbH   (Austria)

^b JOHANNES KEPLER UNIVERSITY LINZ   (Austria)

Author keywords

Fluorescence; Single molecule microscopy; Spectroscopy

Indexed keywords

DYE;

BIOASSAY; BLEACHING; CELL LABELING; CHEMICAL ANALYSIS; CHEMICAL MODIFICATION; ENERGY TRANSFER; FLUORESCENCE ANALYSIS; FLUORESCENCE MICROSCOPE; IMAGE QUALITY; MICROSCOPY; MOLECULAR IMAGING; MOLECULAR SIZE; MOLECULE; NANOBIOTECHNOLOGY; OPTICAL RESOLUTION; PHOTOACTIVATION; PRIORITY JOURNAL; REVIEW; SIGNAL DETECTION; SIGNAL NOISE RATIO; SPECTROSCOPY; STATISTICAL ANALYSIS;

EID: 34548317533     PISSN: 15734129     EISSN: None     Source Type: Journal    
DOI: 10.2174/157341207781369358     Document Type: Review

References (150)

1. Rotman B. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1961, 47, 1981.
2. Neher, E.; Sakmann, B. Nature, 1976, 260, 799.
3. Svoboda, K.; Schmidt, C. F.; Schnapp, B. J.; Block, S. M. Nature, 1993, 365, 721.
4. Mehta, A. D.; Rief, M.; Spudich, J. A.; Smith, D. A.; Simmons, R. M. Science, 1999, 283, 1689.
5. Kural, C.; Kim, H.; Syed, S.; Goshima, G.; Gelfand, V. I.; Selvin, P. R. Science, 2005, 308, 1469.
6. Hirschfeld, T. Appl. Opt., 1976, 15, 2965.
7. Saxton, M. J.; Jacobson, K. Annu. Rev. Biophys. Biomol. Struct., 1997, 26, 373.
8. Barak, L. S.; Webb, W. W. J. Cell. Biol., 1981, 90, 595.
9. Zhang, F.; Schmidt, W. G.; Hou, Y.; Williams, A. F.; Jacobson, K. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1992, 89, 5231.
10. Michalet, X.; Pinaud, F. F.; Bentolila, L. A.; Tsay, J. M.; Doose, S.; Li, J. J.; Sundaresan, G.; Wu, A. M.; Gambhir, S. S.; Weiss, S. Science, 2005, 307, 538.
11. Boyer, D.; Tamarat, P.; Maali, A.; Lounis, B.; Orrit, M. Science, 2002, 297, 1160.
12. Horber, J. K.; Miles, M. J. Science, 2003, 302, 1002.
13. Hinterdorfer, P.; Dufrene, Y. F. Nat. Methods, 2006, 3, 347.
14. Moerner, W. E.; Orrit, M. Science, 1999, 283, 1670.
15. Weiss, S. Science, 1999, 283, 1676.
16. Schütz, G. J.; Schindler, H., Single Dye Tracing for ultrasensitive microscopy on living cells. In Single molecule detection in solution, Zander, C.; Enderlein, J.; Keller, R. A., Eds. Wiley-VCH: Berlin, 2002; pp. 231.
17. Lebofsky, R.; Bensimon, A. Briefings in Functional Genomics and Proteomics 2003, 1, 385.
18. Braslavsky, I.; Hebert, B.; Kartalov, E.; Quake, S. R. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2003, 100, 3960.
19. Wozniak, A. K.; Nottrott, S.; Kuhn-Holsken, E.; Schroder, G. F., Grubmuller, H.; Luhrmann, R.; Seidel, C. A.; Oesterhelt, F. RNA, 2005, 11, 1545.
20. Zhuang, X.; Kim, H.; Pereira, M. J.; Babcock, H. P.; Walter, N. G., Chu, S. Science, 2002, 296, 1473.
21. Schuler, B.; Lipman, E. A.; Eaton, W. A. Nature, 2002, 419, 743.
22. Sonnleitner, A.; Mannuzzu, L. M.; Terakawa, S.; Isacoff, E. Y. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2002, 99, 12759.
23. Diez, M.; Zimmermann, B.; Borsch, M.; Konig, M.; Schweinberger, E.; Steigmiller, S.; Reuter, R.; Felekyan, S.; Kudryavtsev, V.; Seidel, C. A.; Graber, P. Nat. Struct. Mol. Biol., 2004, 11, 135.
24. Yildiz, A.; Forkey, J. N.; McKinney, S. A.; Ha, T.; Goldman, Y. E.; Selvin, P. R. Science, 2003, 300, 2061.
25. Schütz, G. J.; Kada, G.; Pastushenko, V. P.; Schindler, H. Embo. J., 2000, 19, 892.
26. Schütz, G. J.; Schindler, H.; Schmidt, T. Biophys. J., 1997, 73, 1073.
27. Schmidt, T.; Schütz, G. J.; Baumgartner, W.; Gruber, H. J.; Schindler, H. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1996, 93, 2926.
28. Funatsu, T.; Harada, Y.; Tokunaga, M.; Saito, K.; Yanagida, T. Nature, 1995, 374, 555.
29. Freudenthaler, G.; Axmann, M.; Schindler, H.; Pragl, B.; Knaus, H. G.; Schütz, G. J. Histochem. Cell. Biol., 2002, 117, 197.
30. Miyawaki, A.; Sawano, A.; Kogure, T. 2003, supplement to volume 5 of Nature Cell Biology.
31. van Meer, G.; Liskamp, R. M. J. Nat. Methods, 2005, 2, 14.
32. Howard, J., Mechanics of Motor Proteins and the Cytoskeleton. Sinauer Assoc.: Sunderland, 2001.
33. Christenson, M. Single Mol., 2000, 1, 177.
34. Schmidt, T.; Schütz, G. J.; Baumgartner, W.; Gruber, H. J.; Schindler, H. J. Phys. Chem, 1995, 99, 17662.
35. Tsien, R. Y.; Waggoner, A., Fluorophores for confocal microscopy. In Handbook of biological confocal microscopy, Pawley, J. B., Ed. Plenum Press: New York, 1990; pp. 267.
36. Soper, S. A.; Nutter, H. L.; Keller, R. A.; Davis, L. M.; Shera, E. B. Photochem. Photobiol., 1993, 57, 972.
37. Widengren, J.; Rigler, R.; Mets, Ü. J. Fluorescence, 1994, 4, 255.
38. Xie, X. S.; Dunn, R. C. Science, 1994, 265, 361.
39. Ambrose, W. P.; Goodwin, P. M.; Martin, J. C.; Keller, R. A. Science, 1994, 265, 364.
40. Knemeyer, J. P.; Herten, D. P.; Sauer, M. Anal. Chem., 2003, 75, 2147.
41. Steinmeyer, R.; Noskov, A.; Krasel, C.; Weber, I.; Dees, C.; Harms, G. S. J. Fluorescence, 2005, 15, 707.
42. Pawley, J. B., Handbook of Biological Confocal Microscopy. Plenum Press: New York, 1995.
43. Nie, S.; Chiu, D. T.; Zare, R. N. Science, 1994, 266, 1018.
44. Marme, N.; Friedrich, A.; Muller, M.; Nolte, O.; Wolfrum, J.; Hoheisel, J. D.; Sauer, M.; Knemeyer, J. P. Nucleic Acids Res., 2006, 34, e90.
45. Neely, L. A.; Patel, S.; Garver, J.; Gallo, M.; Hackett, M.; McLaughlin, S.; Nadel, M.; Harris, J.; Gullans, S.; Rooke, J. Nat. Methods, 2006, 3, 41.
46. Sako, Y.; Uyemura, T. Cell Struct. Funct., 2002, 27, 357.
47. Levene, M. J.; Korlach, J.; Turner, S. W.; Foquet, M.; Craighead, H. G.; Webb, W. W. Science, 2003, 299, 682.
48. Pawlak, M.; Schick, E.; Bopp, M. A.; Schneider, M. J.; Oroszlan, P.; Ehrat, M. Proteomics, 2002, 2, 383.
49. Klar, T. A.; Jakobs, S.; Dyba, M.; Egner, A.; Hell, S. W., Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2000, 97, 8206.
50. Huisken, J.; Swoger, J.; Del Bene, F.; Wittbrodt, J.; Stelzer, E. H. Science, 2004, 305, 1007.
51. Thompson, R. E.; Larson, D. R.; Webb, W. W. Biophys. J., 2002, 82, 2775.
52. Enderlein, J.; Toprak, E.; Selvin, P. R. Optics Express, 2006, 14, 8111.
53. de Mello, A. J. Lab. Chip, 2003, 3, 29NN.
54. Enderlein, J.; Ruckstuhl, T.; Seeger, S. Applied Optics, 1999, 38, 724.
55. Hesse, J.; Jacak, J.; Kasper, M.; Regl, G.; Eichberger, T.; Winklmayr, M.; Aberger, F.; Sonnleitner, M.; Schlapak, R.; Howorka, S.; Muresan, L.; Frischauf, A. M.; Schutz, G. J. Genome Res., 2006, 16, 1041.
56. McKinney, S. A.; Declais, A. C.; Lilley, D. M.; Ha, T. Nat. Struct. Biol., 2003, 10, 93.
57. Myong, S.; Rasnik, I.; Joo, C.; Lohman, T. M.; Ha, T. Nature, 2005, 437, 1321.
58. Zhuang, X.; Bartley, L. E.; Babcock, H. P.; Russell, R.; Ha, T.; Herschlag, D.; Chu, S. Science, 2000, 288, 2048.
59. Yasuda, R.; Masaike, T.; Adachi, K.; Noji H.; Itoh, H.; Kinosita, K., Jr. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2003, 100, 9314.
60. Böhmer, M.; Enderlein, J. J. Opt. Soc. Am. B, 2003, 20, 554.
61. Eggeling, C.; Widengren, J.; Rigler, R.; Seidel, C. A. M. Anal. Chem., 1998, 70, 2651.
62. Leake, M. C.; Chandler, J. H.; Wadhams, G. H.; Bai, F.; Berry, R. M.; Armitage, J. P. Nature, 2006, 443, 355.
63. Füreder'-Kitzmüller, E.; Hesse, J.; Ebner, A.; Gruber, H. J.; Schütz, G. J. Chem. Phys. Lett., 2005, 404, 13.
64. Moertelmaier, M. A.; Kögler, E. J.; Hesse, J.; Sonnleitner, M.; Huber, L. A.; Schütz, G. J. Single Mol., 2002, 3, 225.
65. Ma, Y. F.; Shortreed, M. R.; Yeung, E. S. Anal. Chem, 2000, 72, 4640.
66. Sako, Y.; Minoghchi, S.; Yanagida, T. Nat. Cell Biol., 2000, 2, 168.
67. Harms, G. S.; Cognet, L.; Lommerse, P. H.; Blab, G. A.; Kahr, H.; Gamsjager, R.; Spaink, H. P.; Soldatov, N. M.; Romanin, C.; Schmidt, T. Biophys. J., 2001, 81, 2639.
68. Lommerse, P. H.; Snaar-Jagalska, B. E.; Spaink, H. P.; Schmidt, T. J. Cell Sci., 2005, 118, 1799.
69. Jacquier, V.; Prummer, M.; Segura, J. M.; Pick, H.; Vogel, H. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2006, 103, 14325.
70. Nishimura, S. Y.; Vrljic, M.; Klein, L. O.; McConnell, H. M.; Moerner, W. E. Biophys., J., 2006, 90, 927.
71. Seisenberger, G.; Ried, M. U.; Endress, T.; Buning, H.; Hallek, M.; Brauchle, C. Science, 2001, 294, 1929.
72. Kues, T.; Dickmanns, A.; Luhrmann, R.; Peters, R.; Kubitscheck, U. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2001, 98, 12021.
73. Yang, W.; Gelles, J.; Musser, S. M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2004, 101, 12887.
74. Yu, J.; Xiao, J.; Ren, X.; Lao, K.; Xie, X. S. Science, 2006, 311, 1600.
75. Cai, L.; Friedman, N.; Xie, X. S. Nature, 2006, 440, 358.
76. Benson, R. C.; Meyer, R. A.; Zaruba, M. E.; McKhann, G. M. J. Histochem. Cytochem. 1979, 27, 44.
77. Konig, K.; So, P. T.; Mantulin, W. W.; Tromberg, B. J.; Gratton, E. J. Microsc., 1996, 183, 197.
78. Andersson, H.; Baechi, T.; Hoechl, M.; Richter, C. J. Microsc., 1998, 191 (Pt 1), 1.
79. Schnell, S. A.; Staines, W. A.; Wessendorf, M. W. J. Histochem. Cytochem., 1999, 47, 719.
80. Miyawaki, A. Nat. Biotechnol., 2004, 22, 1374.
81. Douglass, A. D.; Vale, R.D. Cell, 2005, 121, 937.
82. Guignet, E. G.; Hovius, R.; Vogel, H, Nat. Biotechnol., 2004, 22, 440.
83. Keppler, A.; Pick, H.; Arrivoli, C.; Vogel, H., Johnsson, K. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2004, 101, 9955.
84. Gingell, D.; Heavens, O. S; Mellor, J. S. J. Cell Sci., 1987, 87 (Pt 5), 677.
85. Gershon, D. Nat. Methods, 2004, 1, 263.
86. Eisenstein, M. Nature, 2006, 442, 1067.
87. Hesse, J.; Sonnleitner, M.; Sonnleitner, A.; Freudenthaler, G.; Jacak, J.; Hoglinger, O.; Schindler, H.; Schutz, G. J. Anal. Chem., 2004, 76, 5960.
88. Hesse, J.; Wechselberger, C.; Sonnleitner, M.; Schindler, H.; Schütz, G. J. J. Chromatogr. B. Analyt. Technol. Biomed. Life Sci., 2002, 782, 127.
89. Hellen, E. H.; Axelrod, D. Rev. Sci. Instrum., 1990, 61, 3722.
90. Proll, J.; Fodermayr, M.; Wechselberger, C.; Pammer, P.; Sonnleitner, M.; Zach, O.; Lutz, D. DNA Res., 2006, 13, 37.
91. Mir, K. U. Genome Res., 2006, 16, 1195.
92. Trabesinger, W.; Hecht, B.; Wild, U. P.; Schültz, G. J.; Schindler, H.; Schmidt, T. Anal. Chem., 2001, 73, 1100.
93. Trabesinger, W.; Schütz, G. J.; Gruber, H. J.; Schindler, H.; Schmidt; T. Anal. Chem., 1999, 71, 279.
94. Castro, A.; Williams, J. G. Anal Chem., 1997, 69, 3915.
95. Korn, K.; Gardellin, P.; Liao, B.; Amacker, M.; Bergstrom, A.; Bjorkman, H.; Camacho, A.; Dorhofer, S.; Dorre, K.; Enstrom, J.; Ericson, T.; Favez, T.; Gosch, M.; Honegger, A.; Jaccoud, S.; Lapczyna, M.; Lithorn, E.; Thyberg, P.; Winter, H.; Rigler, R. Nucleic Acids Res., 2003, 31.
96. Li, J.; Lee, J. Y.; Yeung, E. S. Anal. Chem., 2006, 78, 6490.
97. Hecht, E., Optics. Addison-Wesley: 1987.
98. Abbe, E. Schultzes Arc.f.Mikr.Anat., 1873, 9, 413.
99. Pohl, D. W.; Denk, W.; Lanz, M. Appl. Phys. Lett., 1984, 44, 651.
100. Betzig, E.; Trautman, J. K. Science, 1992, 257, 189.
101. Denk, W.; Strickler, J. H.; Webb, W. W. Science, 1990, 248, 73.
102. Nipkow, P. Elektrisches Teleskop. 30105, 1884.
103. Tiziani, H. J.; Uhde, H.-M. Appl. Opt., 1994, 33, 567.
104. Petran, M.; Hadravsky, M.; Egger, M. D.; Galambos, R. J. Opt. Soc. Am., 1968, 58, 661.
105. Tanaami, T.; Otsuki, S.; Tomosada, N.; Kosugi, Y.; Shimizu, M.; Ishida, H. Appl. Opt., 2002, 41, 4704.
106. Nakano, A. Cell Struct Funct., 2002, 27, 349.
107. Bobroff, N. Rev. Sci. Instrum., 1986, 57, 1152.
108. Ober, R. J.; Ram, S.; Ward, E. S. Biophys. J., 2004, 86, 1185.
109. Gordon, M. P.; Ha, T.; Selvin, P. R. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2004.
110. Qu, X.; Wu, D.; Mets, L.; Scherer, N. F. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2004, 101, 11298.
111. Patterson, G. H.; Lippincott-Schwartz, J. Science, 2002, 297, 1873.
112. Betzig, E.; Patterson, G. H.; Sougrat, R.; Lindwasser, O. W.; Olenych, S.; Bonifacino, J. S.; Davidson, M. W.; Lippincott-Schwartz, J.; Hess, H. F. Science, 2006, 313, 1642.
113. Hess, S. T.; Girirajan, T. P.; Mason, M. D. Biophys. J., 2006, 91, 4258.
114. Rust, M.; Bates, M.; Zhuang, X. Nat. Methods, 2006.
115. Yildiz, A.; Tomishige, M.; Vale, R. D.; Selvin, P. R. Science, 2004, 303, 676.
116. Ha, T.; Enderle, T.; Chemla, D. S.; Weiss, S. IEEE J. Sel. Top Quant. Electr., 1996, 2, 1115.
117. Schültz, G. J.; Trabesinger, W.; Schmidt, T. Biophys. J., 1998, 74, 2223.
118. Förster, T. Ann. Physik., 1948, 6, 55
119. Jares-Erijman, B.A.; Jovin, T. M. Nat. Biotechnol., 2003, 21, 1387.
120. Taylor, D. L., Wang, Y., Fluorescence microscopy of living cells in culture part B, Academic Press; San Diego, 1989.
121. Ha, T.; Enderle, T.; Ogletree, D. F.; Chemis, D. S.; Selvin, P. R.; Weiss, S. Proc. Natl. Acad. Sci. USA 1996, 93, 6264.
122. Hohng, S;. Joo, C.; Ha, T. Biophys. J., 2004, 87, 1328.
123. Deniz, A. A.; Dahan, M.; Grunwell, J. R.; Ha, T.; Fauhaber, A. E.; Chemla, D. S.; Weiss, S.; Schultz, P. G. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 1999, 96, 3670.
124. Schuler, B.; Lipman, E. A.; Steinbach, P. J.; Kumke, M.; Eaton, W. A. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2005, 102, 2754.
125. Borisenko, V.; Lougheed, T.; Hesse, J.; Füreder-Kitzmuller, E.; Fertig, N.; Behrends, J. C.; Woolley, G. A.; Schütz, G. J. Biophys. J., 2003, 84, 612.
126. Wennmalm, S.; Edman, L.; Rigler, R. Chem. Phys., 1999, 247, 61.
127. Widengren, J.; Kudryavtsev, V.; Antonik, M.; Berger, S.; Gerken, M.; Seidel, C. A. Anal. Chem., 2006, 78, 2039.
128. Lommerse, P. H.; Blab, G. A.; Cognet, L.;. Harms, G. S.; Snaar-Jagalska, B. E.; Spaink, H. P.; Schmidt, T. Biophys. J., 2004, 86, 609.
129. Alberts, B. Cell, 1998, 92, 291.
130. Goodwin, P. M.; Johnson, M. E.; Martin, J. C.; Ambrose, W. P.; Marrone, B. L.; Jett, J. H.; Keller, R. A. Nucleic Acids Res., 1993, 21, 803.
131. Filippova, E. M.; Monteleone, D. C.; Trunk, J. G.; Sutherland, B. M.; Quake, S. R.; Sutherland, J. C. Biophys. J., 2003, 84, 1281.
132. Gross, D.; Webb, W. W. Biophys. J., 1986, 49, 901.
133. Schmidt, T.; Schültz, G. J.; Gruber, H. J.; Schindler, H. Anal. Chem., 1996, 68, 4397.
134. Simons, K.; Ikonen, E. Nature, 1997, 387, 569.
135. Moertelmaier, M.; Brameshuber, M.; Linimeier, M.; Schültz, G. J.; Stockinger, H. Appl. Phys. Lett., 2005, 87, 263903.
136. Ishijima, A.; Kojima, H.; Funatsu, T.; Tokunaga, M.; Higuchi, H.; Tanaka, H.; Yanagida, T. Cell, 1998, 92, 161.
137. Sarkar, A.; Robertson, R. B.; Fernandez, J. M. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2004, 101, 12882.
138. Madl, J.; Rhode, S.; Stangl, H.; Stockinger, H.; Hinterdorfer, P.; Schutz, G. J.; Kada, G. Ultramicroscopy, 2006.
139. Chiantia, S.; Kahya, N.; Ries, J.; Schwille, P. Biophys. J., 2006, 90, 4500.
140. Kellermayer, M. S.; Karsai, A.; Kengyel, A.; Nagy, A.; Bianco, P.; Huber, T.; Kulcsar, A.; Niedetzky, C.; Proksch, R.; Grama, L. Biophys. J., 2006, 91, 2665.
141. Gaiduk, A.; Kuhnemuth, R.; Antonik, M.; Seidel, C. A. M. Chemphyschem., 2005, 6, 976.
142. Harms, G. S.; Orr, G.; Montal, M.; Thrall, B. D.; Colson, S. D.; Lu, H. P. Biophys. J., 2003, 85, 1826.
143. Woolley, G. A.; Wallace, B. A. J. Membr. Biol., 1992, 129, 109.
144. Baldini, G.; Cannone, F.; Chirico, G. Science, 2005, 309, 1096.
145. Dickson, R. M.; Cubitt, A. B.; Tsien, R. Y.; Moerner, W. E. Nature, 1997, 388, 355.
146. Basche, T.; Moerner, W. E.; Orrit, M.; Talon, H. Phys. Rev. Lett., 1992, 69, 1516.
147. Sanchez-Mosteiro, G.; Koopman, M.; van Dijk, E. M.; Hernando, J.; van Hulst, N. F.; Garcia-Parajo, M. F. Chemphyschem., 2004, 5, 1782.
148. Bokinsky, G.; Rueda, D,; Misra, V. K.; Rhodes, M. M.; Gordus, A.; Babcock, H. P.; Walter, N. G.; Zhuang, X. Proc. Natl. Acad. Sci USA, 2003, 100, 9302.
149. Tan, E.; Wilson, T. J.; Nahas, M. K.; Clegg, R. M.; Lilley, D. M.; Ha, T. Proc. Natl. Acad. Sci. USA, 2003, 100, 9308.
150. Finer, J. T.; Simmons, R. M.; Spudich, J. A. Nature, 1994, 368, 113.