Epon Post Embedding Correlative Light e Microscopia Eletrônica
Summary
Apresentamos um protocolo detalhado para microscopia eletrônica e de luz correlativa pós-incorporação de Epon usando uma proteína fluorescente chamada mScarlet. Este método pode manter a fluorescência e a ultraestrutura simultaneamente. Esta técnica é passível de uma ampla variedade de aplicações biológicas.
Abstract
A microscopia correlativa de luz e eletrônica (CLEM) é uma microscopia abrangente que combina as informações de localização fornecidas pela microscopia de fluorescência (FM) e o contexto da ultraestrutura celular adquirida pela microscopia eletrônica (ME). CLEM é um trade-off entre fluorescência e ultraestrutura e, geralmente, a ultraestrutura compromete a fluorescência. Em comparação com outras resinas de incorporação hidrofílica, como metacrilato de glicidila, HM20 ou K4M, Epon é superior em propriedades de preservação e seccionamento de ultraestrutura. Anteriormente, demonstramos que o mEosEM pode sobreviver à fixação de tetróxido de ósmio e à incorporação de Epon. Usando o mEosEM, conseguimos, pela primeira vez, o Epon pós-incorporação CLEM, que mantém a fluorescência e a ultraestrutura simultaneamente. Aqui, fornecemos detalhes passo a passo sobre a preparação da amostra EM, a imagem FM, a imagem EM e o alinhamento da imagem. Também aprimoramos os procedimentos de identificação da mesma célula por imagem de FM durante a imagem de EM e detalhamos o registro entre as imagens de FM e EM. Acreditamos que se pode facilmente obter Epon pós-incorporação de microscopia correlativa de luz e eletrônica seguindo este novo protocolo em instalações tradicionais de EM.
Introduction
A microscopia de fluorescência (FM) pode ser usada para obter a localização e distribuição da proteína-alvo. No entanto, o contexto que envolve a proteína-alvo é perdido, o que é crucial para investigar a proteína alvo completamente. A microscopia eletrônica (ME) tem a mais alta resolução de imagem, fornecendo vários detalhes subcelulares. No entanto, a EM carece de rotulagem de alvo. Ao mesclar com precisão a imagem de fluorescência obtida por FM com a imagem cinza adquirida por EM, a microscopia correlativa de luz e eletrônica (CLEM) pode combinar as informações obtidas por esses dois modos de imagem 1,2,3,4.
CLEM é um trade-off entre fluorescência e ultraestrutura1. Devido às limitações das proteínas fluorescentes atuais e aos procedimentos tradicionais de preparação de amostras de EM, especialmente o uso de ácido ósmico (OsO4) e resinas hidrofóbicas como o Epon, a ultraestrutura sempre compromete a fluorescência5. OsO4 é um reagente indispensável na preparação de amostras de EM, que é usado para melhorar o contraste de imagens EM. Comparado com outras resinas incorporadoras, o Epon é superior em propriedades de preservação e seccionamento ultraestrutural5. No entanto, nenhuma proteína fluorescente pode reter o sinal de fluorescência após o tratamento de OsO4 e incorporação de Epon6. Para superar as limitações das proteínas fluorescentes, foi desenvolvido o CLEM pré-incorporação, no qual a imagem de FM é feita antes do preparo da amostra deEM6. No entanto, a desvantagem da pré-incorporação do CLEM é o registro impreciso entre as imagens FM e EM5.
Ao contrário, o método CLEM pós-incorporação realiza a imagem de FM após o preparo da amostra EM, cuja precisão de registro pode chegar a 6-7 nm 5,6. Para reter a fluorescência das proteínas fluorescentes, concentrações muito baixas de OsO4 (0,001%)3 ou os métodos de preparação de EM4,7 congelados a alta pressão (HPF) e substituição por congelamento (FS)4,7 têm sido usados às custas do comprometimento da ultraestrutura ou do contraste da imagem EM. O desenvolvimento de mEos4b promove grandemente o progresso do CLEM pós-incorporação, embora o metacrilato de glicidila seja usado como resina de incorporação5. Com o desenvolvimento do mEosEM, que pode sobreviver à coloração OsO4 e à incorporação de Epon, a super-resolução CLEM pós-incorporação pós-Epon foi alcançada pela primeira vez, mantendo a fluorescência e a ultraestruturasimultaneamente6. Após o mEosEM, várias proteínas fluorescentes que podem sobreviver à coloração de OsO4 e à incorporação de Epon foram desenvolvidas 8,9,10,11. Isso promove muito o desenvolvimento do CLEM.
Há três aspectos fundamentais para o CLEM pós-incorporação do Epon. A primeira é a proteína fluorescente, que deve manter o sinal fluorescente após o preparo da amostra EM. De acordo com nossa experiência, mScarlet é superior a outras proteínas fluorescentes relatadas. A segunda é como encontrar a mesma célula fotografada por imagem FM em imagens EM. Para resolver esse problema, melhoramos o procedimento para essa etapa para que se possa encontrar prontamente a célula alvo. O último é o método para alinhar a imagem FM com a imagem EM. Aqui, detalhamos o registro entre as imagens FM e EM. Neste protocolo, expressamos mScarlet em neurônios VGLUT2 e demonstramos que mScarlet pode ter como alvo lisossomos secundários usando Epon pós-incorporação CLEM. Fornecemos detalhes passo a passo para o CLEM pós-incorporação da Epon, sem comprometer a fluorescência e a ultraestrutura.
Protocol
Representative Results
Discussion
O protocolo aqui apresentado é um método de imagem versátil, que pode combinar as informações de localização da proteína-alvo da microscopia de luz (LM) e o contexto em torno da proteína-alvo da microscopia eletrônica (ME)6. Com as limitações das proteínas fluorescentes atuais, o método amplamente utilizado é a pré-incorporação de microscopia eletrônica e de luz correlativa (CLEM), o que significa que a imagem de LM é feita antes da preparação da amostra EM. Quase todas as pr…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
Este projeto foi apoiado pela Fundação Nacional de Ciências Naturais da China (32201235 a Zhifei Fu), a Fundação de Ciências Naturais da Província de Fujian, China (2022J01287 a Zhifei Fu), a Fundação de Pesquisa para Talentos Avançados da Universidade Médica de Fujian, China (XRCZX2021013 a Zhifei Fu), a Fundação de Ciências Especiais de Finanças da Província de Fujian, China (22SCZZX002 a Zhifei Fu), Fundação do NHC Key Laboratory of Technical Evaluation of Fertility Regulation for Non-human Primate, e Fujian Maternity and Child Health Hospital (2022-NHP-04 para Zhifei Fu). Agradecemos a Linying Zhou, Minxia Wu, Xi Lin e Yan Hu no Centro de Serviços de Tecnologia Pública, Fujian Medical University pelo apoio com a preparação de amostras EM e imagens EM.
Materials
| 0.2 M Phosphate Buffer (PB) | NaH2PO4 · 2H2O+Na2HPO4 · 12H2O | ||
| 0.2 M Tris-Cl (pH 8.5) | Shanghai yuanye Bio-Technology | R26284 | |
| 25% Glutaraldehyde (GA) | Alfa Aesar | A17876 | Hazardous chemical |
| Abbelight 3D | Nanolnsights | ||
| Acetone | SCR | 10000418 | |
| Ammonium hydroxide | J&K Scientific | 335213 | |
| BioPhotometer D30 | eppendorf | ||
| Cleaning buffer of cover glasses | 50 mL Ammonium hydroxide, 50 mL Hydrogen peroxide, 250 mL H2O | ||
| Coverglass | Warner | 64-0715 | |
| DABCO | Sigma | 290734 | Hazardous chemical |
| DDSA | SPI company | GS02827 | Hazardous chemical |
| Desktop centrifuge | WIGGENS | MINICEN 10E | |
| Diamond knife | DiATOME | MX6353 | |
| DMP-30 | SPI company | GS02823 | Hazardous chemical |
| DNA transfection reagent | Thermo Fisher | 2696953 | Lipofectamine 3000 Transfection Kit |
| Epon 812 | SPI company | GS02659 | Hazardous chemical |
| Ethanol | SCR | 10009218 | |
| Fiji image J | National Institutes of Health | ||
| Fixative solution | 4% PFA+0.25% GA+0.02 M PB | ||
| Formvar | Sigma | 9823 | |
| Glycerol | SCR | 10010618 | |
| Gold nanoparticles | Corpuscular | 790120-010 | |
| Gradient resin | Acetone to resin 3:1, 1:1, 1:3 | ||
| Hydrofluoric acid | SCR | 10011118 | |
| Hydrogen peroxide | SCR | 10011218 | |
| ICY (https://icy.bioimageanalysis.org/about/) | Easy CLEMv0 Plugin | ||
| Imaging chamber | Thermo Fisher | A7816 | |
| Large gelatin capsules | Electron Microscopy Sciences | 70117 | |
| Mounting buffer | Mowiol 4-88, Glycerol, 0.2 M Tris-Cl (pH 8.5), DABCO | ||
| Mowiol 4-88 | Sigma | 9002-89-5 | |
| Na2HPO4 ž12H2O | SCR | 10020318 | |
| NaH2PO4 ž2H2O | SCR | 20040718 | |
| NMA | SPI company | GS02828 | Hazardous chemical |
| Oligonucleotide primers | Takara Biomedical Technology (Beijing) | Three oligonucleotides primers were used to detect Vglut2-ires-Cre and wild-type simultaneously. The primers 5,-ATCGACCGGTAATGCAGGCAA-3, and 5,-CGGTACCACCAAATCTTACGG-3, aimed to detect Vglut2-ires-Cre. The primers 5,-CGGTACCACCAAATCTTACGG-3, and 5,-CATGGTCTGTTTTGAATTCAG-3, aimed to detect wild-type. | |
| Oscillating microtome | Leica | VT1000S | |
| Osmium tetroxide | SCR | L01210302 | Hazardous chemical |
| OsO4 solution | 1% Osmium tetroxide+1.5% K4Fe (CN)6·3H2O | ||
| Parafilm | Amcor | PM-996 | |
| Paraformaldehyde (PFA) | SCR | 80096618 | Hazardous chemical |
| Perfusion buffer | 4% PFA+0.1 M PB | ||
| Pioloform | Sigma | 63148-65-2 | Hazardous chemical |
| Poly-L-lysine | Sigma | 25986-63-0 | |
| Potassium ferrocyanide (K4Fe (CN)6·3H2O) | SCR | 10016818 | |
| Scalpel blades | Merck | S2771 | |
| Scalpel handles | Merck | S2896-1EA | |
| Stereomicroscope | OLYMPUS | MVX10 | |
| Transgenic mice | The Jackson Laboratory | Vglut2-ires-Cre mice (strain: 129S6/SvEvTac) were housed in standard conditions (25 °C, a 12 h light/dark cycle, with water and food given ad libitum. Male and Female mice were used at 2–3 months old, weight range 20-30 g. | |
| Transmission electron microscope (TEM) | FEI | TECNAL G2 | |
| UA solution (2% UA) | Aqueous solution | ||
| Ultramicrotome | Leica | LEICA EM UC6 | |
| Uranyl acetate (UA) | TED PELLA | 19481 | Hazardous chemical |
Referenzen
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