退色により、シアノ バクテリアプロクロロコッカスFtsZ リングの超解像イメージング
Summary
ここで藍藻類の蛍光を抑えるフォトブリーチング法について述べる。退色後は、確率光再建顕微鏡 FtsZ リングがシアノ バクテリアの三次元超解像度画像を得るためです。
Abstract
超解像顕微鏡法は、蛋白質の相互作用および多くの生物で細胞内構造について研究に広く使用されています。光合成生物でただし、超解像イメージングの空間分解能はのみ ~ 100 nm。低解像度は、主に確率論的光再建顕微鏡 (嵐) などの超解像イメージングに必要な高強度レーザーによる光合成細胞の高い蛍光バック グラウンドによるものです。ここでは、述べるフォトブリーチングによる嵐開発された海洋 picocyanobacteriumプロクロロコッカスをイメージングの最近。その嵐は ~ 10 の水平解像度で実行できるので退色後、プロクロロコッカスの蛍光は減ります nm。このメソッドを使用して、我々 は FtsZ タンパク質の生体内三次元 (3 D) 組織を取得し、プロクロロコッカスの細胞周期の間に 4 つの異なる FtsZ リング形態の特徴します。我々 はここで説明するメソッドは、他の光合成生物の超解像イメージングに採用される可能性があります。
Introduction
超解像顕微鏡は光の回折限界を打破し、サブ回折解像度 (< 200 nm) 内のイメージを提供できます。彼らは蛋白質のローカリゼーションおよび細胞レベル下の構造について研究する多くの生物において広く使用でされています。超解像顕微鏡検査方法は、構造化照明顕微鏡を用いて (SIM) の主要なセンサー ローカリゼーション顕微鏡 (ヤシ)、嵐、枯渇顕微鏡 (STED) を刺激します。メカニズムと顕微鏡がされているこれらの超解像度のアプリケーションの見直し他1,2。
嵐が 10 と高解像度を達成できる空間的な分離3,4nm。嵐、回折限界領域内で 1 つだけの分子は (「上」) 活性化と分子の残りの部分が (“off”) 不活化されます。迅速なスイッチのと – 単一分子の蓄積、「回折無制限」画像生成された3できます。一方、有機染料、蛍光タンパク質の多くの種類は、嵐、通常蛍光顕微鏡から高分解能顕微鏡5,6への簡単なアップグレードを可能に適用されます。
嵐が藻類、シアノ バクテリアなどの光合成細胞に広く適用されていない植物細胞葉緑体7、8、その嵐であるという事実のためには、ドライブのスイッチングに高レーザー強度を必要とします。高強度レーザーは不利な光合成細胞の蛍光が強い背景を励起し、嵐イメージングにおける単一分子局在を妨げます。細胞レベル下の構造または光合成細胞の蛋白質の相互作用を調査する嵐を使用するためには、バック グラウンド蛍光信号9を癒やすため退色プロトコルを開発しました。ルーチン蛍光染色の手順で標本は嵐のための要件を満たすために光合成細胞の蛍光を下げる妨害のステップ中に高輝度の白色光にさらされます。したがって、このプロトコルの場合、嵐と色素の有機体を調査することは不可能になります。
ここでは、単細胞 picocyanobacteriumプロクロロコッカスで FtsZ リング組織を画像に嵐を使用するプロトコルについて述べる。FtsZ は非常に節約されたチューブリンのような細胞骨格タンパク質10セルの外周リング構造 (Z のリング) を形成する重合、細胞分裂11のために不可欠です。プロクロロコッカスは保持細胞が蛍光背景と主アンチ FtsZ 抗体 immunostained を削減する最初の photobleached と、fluorophore と二次抗うさぎ IgG (H + L) 抗体の共役し (など、Alexa Fluor 750)。最終的には、嵐を使用して、異なる細胞周期段階プロクロロコッカス詳細の FtsZ リング組織を観察します。
Protocol
Representative Results
Discussion
このプロトコルでは、ラン藻プロクロロコッカス(図 3) の蛍光を大幅に削減するための手順について説明しましたし、その後、immunostain 3-D FtsZ を勉強する嵐を利用することを可能にした細胞のタンパク質リング形態プロクロロコッカス(図 4)。このプロトコルは、他の光合成の有機体で超解像イメージングに採用される可能性がありま?…
Divulgaciones
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
著者は、彼女のテクニカル サポートと原稿のコメントありがとう Daiying 徐。本研究は、中国の国家自然科学基金 (プロジェクト番号 41476147) からの助成金、研究助成金の評議会は、香港特別行政区、中国 (プロジェクト番号 689813 および 16103414) でサポートされます。
Materials
| Polystyrene particles | Spherotech | PP-20-10 | 2.0-2.4 µm |
| Coverslip | Marienfeld | 0111580 | 18 mm ∅, Thickness No. 1 |
| Ethanol | Scharlau | ET00021000 | |
| Poly-L-lysine hydrobromide | Sigma-Aldrich | P9155 | mol wt 70,000-150,000 |
| Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | 158127 | |
| Glutaraldehyde solution, 50% | Sigma-Aldrich | 340855 | |
| PBS | Sigma | P3813 | |
| Triton X-100 | Sigma | T8787 | |
| EDTA Disodium Salt, 2-hydrate | Gold biotechnology | E-210-500 | |
| Trizma base | Sigma | T1503 | |
| Lysozyme | Sigma | L6876 | |
| Goat serum | Sigma | G9023 | |
| anti-Anabaena FtsZ antibody | Agrisera | AS07217 | |
| Goat anti-Rabbit IgG (H+L) Cross-Adsorbed Secondary Antibody | Life Technologies | A-21039 | conjugated with Alexa Fluor 750 |
| D-Glucose Anhydrous | Fisher Scientific | D16-1 | |
| L-Ascorbic Acid | Sigma-Aldrich | A5960 | |
| Methyl Viologen | Sigma-Aldrich | 856177 | |
| Cyclooctatetraene | Sigma-Aldrich | 138924 | |
| tris(2-carboxyethyl)phosphine (TCEP) | Sigma-Aldrich | 646547 | |
| Glucose Oxidase | Sigma-Aldrich | G2133 | |
| Catalase | Sigma-Aldrich | C9322 | |
| XD-300 Xenon light source | 250 W | ||
| STORM microscope | NBI | SRiS microscope | |
| Rohdea | NBI | SRiS 3.0 | software for imaging acquisition |
| Luna | NBI | SRiS 3.0 | software for drifting correction |
| QuickPALM | https://code.google.com/archive/p/quickpalm/wikis | ||
| 3D Viewer | http://132.187.25.13/ij3d/?page=Home&category=Home |
Referencias
- Huang, B., Babcock, H., Zhuang, X. Breaking the diffraction barrier: Super-resolution imaging of cells. Cell. 143 (7), 1047-1058 (2010).
- Toomre, D., Bewersdorf, J. A New Wave of Cellular Imaging. Annual Review of Cell and Developmental Biology. 26 (1), 285-314 (2010).
- Rust, M. J., Bates, M., Zhuang, X. Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). Nature Methods. 3 (10), 793-795 (2006).
- Huang, B., Wang, W., Bates, M., Zhuang, X. Three-Dimensional Super-Resolution Imaging by Stochastic Optical Reconstruction Microscopy. Science. 319, 810-813 (2008).
- Dempsey, G. T., Vaughan, J. C., Chen, K. H., Bates, M., Zhuang, X. Evaluation of fluorophores for optimal performance in localization-based super-resolution imaging. Nature Methods Methods. 8 (12), 1027-1036 (2012).
- Linde, S., et al. Direct stochastic optical reconstruction microscopy with standard fluorescent probes. Nature Protocols. 6 (7), 991-1009 (2011).
- Komis, G., Šamajová, O., Ovečka, M., Šamaj, J. Super-resolution Microscopy in Plant Cell Imaging. Trends in Plant Science. 20 (12), 834-843 (2015).
- Schubert, V. Super-resolution Microscopy – Applications in Plant Cell Research. Frontiers in Plant Science. 8, 531 (2017).
- Liu, R., et al. Three-Dimensional Superresolution Imaging of the FtsZ Ring during Cell Division of the Cyanobacterium Prochlorococcus. mbio. 8 (6), e00657 (2017).
- Adams, D. W., Errington, J. Bacterial cell division: assembly, maintenance and disassembly of the Z ring. Nature Reviews Microbiology. 7, 642-653 (2009).
- Boer, P. A. Advances in understanding E. coli cell fission. Current Opinion in Microbiology. 13 (6), 730-737 (2010).
- Moore, L. R., Post, A. F., Rocap, G., Chisholm, S. W. Utilization of different nitrogen sources by the marine cyanobacteria Prochlorococcus and Synechococcus. Limnology and Oceanography. 47 (4), 989-996 (2002).
- Zhao, T., et al. A user-friendly two-color super-resolution localization microscope. Optics Express. 23 (2), 1879 (2015).
- Henriques, R., Lelek, M., Fornasiero, E. F., Valtorta, F., Zimmer, C., Mhlanga, M. M. QuickPALM: 3D real-time photoactivation nanoscopy image processing in ImageJ. Nature Methods. 7 (5), 339-340 (2010).
- Schmid, B., Schindelin, J., Cardona, A., Longair, M., Heisenberg, M. A high-level 3D visualization API for Java and ImageJ. BMC Bioinformatics. 11, 274 (2010).
- Ting, C. S., Rocap, G., King, J., Chisholm, S. W. Cyanobacterial photosynthesis in the oceans: The origins and significance of divergent light-harvesting strategies. Trends in Microbiology. 10 (3), 134-142 (2002).
- Biller, S. J., Berube, P. M., Lindell, D., Chisholm, S. W. Prochlorococcus: The structure and function of collective diversity. Nature Reviews Microbiology. 13 (1), 13-27 (2015).
- Morel, A., Ahn, Y. -. H., Partensky, F., Vaulot, D., Claustre, H. Prochlorococcus and Synechococcus – a Comparative-Study of Their Optical-Properties in Relation To Their Size and Pigmentation. Journal of Marine Research. 51, 617-649 (1993).
- Holden, S. J., Pengo, T., Meibom, K. L., Fernandez, C., Collier, J., Manley, S. High throughput 3D super-resolution microscopy reveals Caulobacter crescentusin vivo Z-ring organization. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (12), 4566-4571 (2014).
- Zhao, M., Wei, B., Chiu, D. T. Imaging multiple biomarkers in captured rare cells by sequential immunostaining and photobleaching. Methods. 64 (2), 108-113 (2013).
- Golcuk, K., Mandair, G. S., Callender, A. F., Sahar, N., Kohn, D. H., Morris, M. D. Is photobleaching necessary for Raman imaging of bone tissue using a green laser?. Biochimica et Biophysica Acta. 1758 (7), 868-873 (2006).
- Haxo, F. T., Blinks, L. R. Photosynthetic Action Spectra of Marine Algae. The Journal of General Physiology. 33 (4), 389-422 (1950).
- Bryant, D. A. Phycoerythrocyanin and Phycoerythrin: Properties and Occurrence in Cyanobacteria. Journal of General Microbiology. 128 (4), 835-844 (1982).
