فائقة التصوير القرار من ماكينات شعبة الجرثومي
Summary
وصفنا قرار فائقة التصوير طريقة للتحقيق في التنظيم الهيكلي للالدائري FtsZ البكتيرية، جهاز ضروري لانقسام الخلية. ويستند هذا الأسلوب على التحليل الكمي للصور توطين photoactivated (PALM) والمجهر يمكن تطبيقها على هيكل الخلية البكتيرية البروتينات الأخرى.
Abstract
انقسام الخلايا البكتيرية تتطلب الجمعية المنسق لأكثر من عشر البروتينات الأساسية في midcell 1،2. المركزية في هذه العملية هو تشكيل suprastructure الدائري مثل (Z الدائري) من البروتين FtsZ في خطة تقسيم 3،4. و-Z حلقة تتكون من عدة protofilaments FtsZ واحد الذين تقطعت بهم السبل، وفهم ترتيب protofilaments داخل الدائري Z سوف تقدم نظرة ثاقبة آلية Z الدائري التجمع وظيفتها كما مولد قوة 5،6. ظلت هذه المعلومات بعيد المنال بسبب القيود الحالية في مضان المجهري التقليدية والمجهر الإلكتروني. المجهر مضان التقليدية غير قادرة على توفير صورة عالية الدقة للZ الدائري بسبب الحد حيود الضوء (~ 200 نانومتر). كشف الإلكترون cryotomographic التصوير المنتشرة في protofilaments FtsZ C. الصغيرة الخلايا crescentus 7، ولكن من الصعب تطبيقها على خلايا أكبر مثلكولاي أو B. الرقيقة. نحن هنا وصف تطبيق طريقة فائقة القرار المجهري مضان، Photoactivated المجهر الأقلمة (PALM)، لوصف كميا التنظيم الهيكلي للE. القولونية Z الدائري 8.
PALM التصوير يقدم كل وارتفاع القرار المكانية (~ 35 نانومتر) ووضع العلامات المحددة لتمكين تحديد لا لبس فيها من البروتينات المستهدفة. وصفت ونحن FtsZ مع mEos2 بروتين فلوري photoactivatable، التي تتحول من الأخضر مضان (الإثارة = 488 نانومتر) لمضان أحمر (561 نانومتر الإثارة =) عند تفعيل في 405 نانومتر 9. خلال التجربة PALM، يتم تنشيط عشوائيا واحد FtsZ-mEos2 الجزيئات ويتم تحديد المواقف المقابلة النقطة الوسطى للجزيئات واحدة مع الدقة <20 نانومتر. وأعيد بناؤها ثم صورة القرار فائقة للZ الدائري قبل التركيب المواقف النقطة الوسطى من جميع الجزيئات الكشف-mEos2 FtsZ.
<ف الطبقة = "jove_content"> استخدام هذا الأسلوب، وجدنا أن لديه Z الدائري عرض ثابت من 100 نانومتر ~ ويتكون من حزمة فضفاضة من protofilaments FtsZ التي تتداخل مع بعضها البعض في ثلاثة أبعاد. هذه البيانات توفر نقطة انطلاق لمزيد من التحقيقات من التغييرات دورة الخلية تعتمد على ال 10 Z الدائري ويمكن تطبيقها على البروتينات الأخرى ذات الاهتمام.Protocol
Representative Results
Discussion
PALM الصور تحتوي على معلومات حول التهم جزيء والمواقف داخل الخلية، مما يسمح تحليل مفصل لتوزيع وترتيب جزيئات البروتين الهدف الذي من الصعب تحقيقه من خلال وسائل أخرى. أدناه الخطوط العريضة ونحن الاحتياطات التي ينبغي اتخاذها لاستخراج معلومات كمية دقيقة مع المحافظة على أهم?…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
المنحة: 5RO1GM086447-02.
Materials
| Name of Reagent/Material | Company | Catalogue Number | Comments |
| 50 x MEM Amino Acids | Sigma | M5550 | |
| 100 x MEM Vitamins | Sigma | M6895 | |
| IPTG | Mediatech | 46-102-RF | |
| 16% Paraformaldehyde | Electron Micrsocopy Sciences | 15710-S | |
| SeaPlaque GTG Agarose | Lonzo | 50111 | |
| 50 nm Gold Beads | Microspheres-Nanospheres | 790113-010 | |
| FCS2 Imaging Chamber | Bioptechs | ||
| Stage Adaptor | ASI | I-3017 | |
| Inverted Microscope | Olympus | IX71 | |
| 1.45 NA, 60x Objective | Olympus | ||
| IXON EMCCD Camera | Andor Technology | DU897E | |
| 488-nm Sapphire Laser | Coherent | ||
| 561-nm Sapphire Laser | Coherent | ||
| 405-nm CUBE Laser | Coherent |
References
- Buddelmeijer, N., Beckwith, J. Assembly of cell division proteins at the E. coli cell center. Curr. Opin. Microbiol. 5, 553-557 (2002).
- de Boer, P., Crossley, R., Rothfield, L. The essential bacterial cell-division protein FtsZ is a GTPase. Nature. 359, 254-256 (1992).
- Lutkenhaus, J. F., Wolf-Watz, H., Donachie, W. D. Organization of genes in the ftsA-envA region of the Escherichia coli genetic map and identification of a new fts locus (ftsZ). J. Bacteriol. 142, 615-620 (1980).
- Bi, E. F., Lutkenhaus, J. FtsZ ring structure associated with division in Escherichia coli. Nature. 354, 161-164 (1991).
- Erickson, H. P., Taylor, D. W., Taylor, K. A., Bramhill, D. Bacterial cell division protein FtsZ assembles into protofilament sheets and minirings, structural homologs of tubulin polymers. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93, 519-523 (1996).
- Osawa, M., Anderson, D. E., Erickson, H. P. Reconstitution of contractile FtsZ rings in liposomes. Science. 320, 792-794 (2008).
- Li, Z., Trimble, M. J., Brun, Y. V., Jensen, G. J. The structure of FtsZ filaments in vivo suggests a force-generating role in cell division. Embo J. 26, 4694-4708 (2007).
- Betzig, E., et al. Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution. Science. 313, 1642-1645 (2006).
- McKinney, S. A., Murphy, C. S., Hazelwood, K. L., Davidson, M. W., Looger, L. L. A bright and photostable photoconvertible fluorescent protein. Nat. Methods. 6, 131-133 (2009).
- Fu, G., et al. In-vivo FtsZ-ring structure revealed by Photoactivated Localization Microisocpy (PALM). Plos One. , (2010).
- Huecas, S., et al. Energetics and geometry of FtsZ polymers: nucleated self-assembly of single protofilaments. Biophys. J. , (2007).
- Ma, X., Ehrhardt, D. W., Margolin, W. Colocalization of cell division proteins FtsZ and FtsA to cytoskeletal structures in living Escherichia coli cells by using green fluorescent protein. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93, 12998-13003 (1996).
- Dai, K., Lutkenhaus, J. The proper ratio of FtsZ to FtsA is required for cell division to occur in Escherichia coli. J. Bacteriol. 174, 6145-6151 (1992).
- Annibale, P., Vanni, S., Scarselli, M., Rothlisberger, U., Radenovic, A. Identification of clustering artifacts in photoactivated localization microscopy. Nat. Meth. 8, 527-528 (2011).
- Huang, B., Wang, W., Bates, M., Zhuang, X. Three-dimensional super-resolution imaging by stochastic optical reconstruction microscopy. Science. 319, 810-813 (2008).
