È richiesta un abbonamento a JoVE per visualizzare questo contenuto. Accedi o inizia la tua prova gratuita.

Articolo metodologico

Analisi del contenuto delle goccioline lipidi in Fissione e lieviti in forati utilizzando l'elaborazione automatizzata delle immagini

7.7K visualizzazioni

⸱

DOI:

10.3791/59889

⸱

17 luglio 2019

 ,  ,  , 

In questo articolo

Sommario

Qui, presentiamo un'implementazione MATLAB di rilevamento automatico e descrizione quantitativa delle goccioline lipidiche nelle immagini di microscopia a fluorescenza di fissione e cellule di lievito in erba.

Abstract

Il metabolismo dei lipidi e la sua regolamentazione sono di interesse sia per le scienze della vita di base che per le biotecnologie applicate. A questo proposito, varie specie di lievito sono utilizzate come modelli nella ricerca metabolica dei lipidi o per la produzione industriale di lipidi. Le goccioline di lipidi sono corpi di archiviazione altamente dinamici e il loro contenuto cellulare rappresenta una comoda lettura dello stato metabolico lipidico. La microscopia a fluorescenza è un metodo di scelta per l'analisi quantitativa delle goccioline lipidiche cellulari, in quanto si basa su apparecchiature ampiamente disponibili e consente l'analisi delle singole goccioline lipidiche. Inoltre, l'analisi microscopica delle immagini può essere automatizzata, aumentando notevolmente la produttività complessiva dell'analisi. Qui descriviamo un flusso di lavoro sperimentale e analitico per il rilevamento automatizzato e la descrizione quantitativa delle singole goccioline di lipidi in tre diverse specie di lievito modello: i lieviti di fissione Schizosaccharomyces pombe e Schizosaccharomyces japonicus, e il lievito in erba Saccharomyces cerevisiae. Le goccioline di lipidi vengono visualizzate con BODIPY 493/503 e il dextran fluorescente delle cellule viene aggiunto ai mezzi di coltura per aiutare a identificare i confini delle cellule. Le cellule sono sottoposte a microscopia dell'epiorescenza 3D nei canali verde e blu e le immagini z-stack risultanti vengono elaborate automaticamente da una pipeline MATLAB. La procedura emette dati quantitativi dettagliati sul contenuto di gocciolinie di lipidi cellulari e sulle caratteristiche delle singole gocce di lipidi in un formato tabulare adatto per analisi a valle in grandi fogli di calcolo o pacchetti statistici. Forniamo analisi di esempio del contenuto di goccioline lipidiche in varie condizioni che influenzano il metabolismo dei lipidi cellulari.

Introduzione

I lipidi svolgono un ruolo cruciale nel metabolismo dell'energia cellulare e del carbonio, nella sintesi dei componenti della membrana e nella produzione di sostanze bioattive. Il metabolismo dei lipidi viene messo a punto in base alle condizioni ambientali, alla disponibilità di nutrienti e alla fase del ciclo cellulare1. Nell'uomo, il metabolismo dei lipidi è stato collegato a malattie, come l'obesità, il diabete di tipo II e il cancro2. Nell'industria, i lipidi prodotti da microrganismi, come i lieviti, rappresentano una fonte promettente di combustibili diesel rinnovabili3 . Le cellule immagaz....

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Protocollo

1. Preparazione di soluzioni e mezzi di comunicazione

  1. Preparare la soluzione di colorazione dei lipidi.
    1. Per preparare la soluzione di colorazione dei lipidi di riserva sciogliere 10 mg di BODIPY 493/503 in 10 mL di anhydrous DMSO (concentrazione finale 1 mg/mL). Sciogliere l'intero contenuto di una fiala da 10 mg BODIPY 493/503 per evitare la perdita di materiale durante la pesatura.
      ATTENZIONE: DMSO può passare attraverso la pelle. Indossare attrezzature protettive personali adeguate.
    2. Preparare la soluzione di colorazione dei lipidi funzionante mescolando 100 luna della soluzione stock 493/503 BODIP....

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Risultati

L'intera procedura è riassunta nella Figura 1 per i lieviti di fissione (il flusso di lavoro del lievito in erba è analogo), e di seguito forniamo esempi di come il flusso di lavoro può essere utilizzato per studiare il contenuto di LD in tre diverse specie di lievito in varie condizioni note per influire sul contenuto LD cellulare. Ogni esempio rappresenta un singolo esperimento biologico.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Discussione

La comprensione del metabolismo dei lipidi e della sua regolazione è importante sia per la biologia di base che per le applicazioni cliniche e biotecnologiche. Il contenuto di LD rappresenta una comoda lettura dello stato del metabolismo dei lipidi della cellula, con la microscopia a fluorescenza uno dei principali metodi utilizzati per la determinazione del contenuto LD. Il protocollo presentato consente il rilevamento automatico e la descrizione quantitativa di singoli LD in tre specie di lievito diverse e morfologicam.......

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Dichiarazioni

Gli autori non hanno nulla da rivelare.

Ringraziamenti

Questo lavoro è stato supportato da Charles University sovvenzioni PRIMUS/MED/26, GAUK 1308217 e SVV 260310. Ringraziamo Ond'ej Ebesta per l'aiuto con la microscopia e lo sviluppo della pipeline di analisi delle immagini. Ringraziamo il laboratorio ReGenEx per i ceppi S. cerevisiae e il laboratorio di JapoNet e Hironori Niki per i ceppi S. japonicus. Il ceppo ppc1-88 è stato fornito dal Yeast Genetic Resource Center Japan. La microscopia è stata effettuata nel Laboratorio di microscopia confocale e fluorescenza cofinanziato dal Fondo europeo di sviluppo regionale e dal bilancio statale della Repubblica ceca (Progetto n. 4.1.00/1.00/16.0347 e....

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Materiali

Elenco dei materiali utilizzati in questo articolo
NomeAziendaNumero di catalogoCommenti
Telecamera CCD monocromatica a 12 bit Hamamatsu ORCA C4742-80-12AGHamamatsu o equivalente
Sale di adenina emisolfato, ≥ 99%MerckA9126-25G 
BODIPY 493/503 (4,4-Difluoro-1,3,5,7,8-Pentametil-4-Bora-3a,4a-Diaza-s-Indacene)Thermo Fisher ScientificD3922per colorazione lipidica neutra
D-(+) - Glucosio, ≥ 99,5%MerckG7021 
Dextran, Cascade Blue, 10.000 MW, Anionico, Lisina Fissabile ThermoFisher ScientificD1976per la colorazione negativa delle cellule
Dimetilsolfossido, ≥ 99,5%MerckD4540o superiore purezza, mantenere anidro su setacci molecolari
Brodo EMM senza destrosioFormediumPMD0405mezzo può anche essere preparato da singoli componenti
Fiji/ImageJ software NIH o equivalente; per l'ispezione visiva di dati microscopici
Occhiali di copertura ad alta precisione, 22 mm x 22 mm, n. 1.5VWR630-2186utilizzare qualsiasi vetro di copertura # 1.5
Image Processing Toolbox per MATLAB, versione 10.0Mathworks  
Lectina da Glicina max (soia)MerckL1395per l'immobilizzazione cellulare su vetrini
Software MATLAB, versione 9.2Mathworks  
Vetrino per microscopio, 26 mm x 76 mm, spessore 1 mmKnittel GlassL762601.2utilizzare qualsiasi vetrino per microscopio adatto al tavolino del microscopio, pulire accuratamente prima di caricare le celle
Microscopio Olympus CellR con movimento automatico dell'obiettivo dell'asse zOlympus o equivalente
Il set di filtri PentabandSemrockF66-985in campo chiaro, i canali verdi e blu sono sufficienti
Signal Processing Toolbox per MATLAB, versione 7.4Mathworks  
Integratori SPper PSU0101 medio
Computer da ufficio standard in grado di eseguire MATLAB   
Statistics and Machine Learning Toolbox per MATLAB, versione 11.1Mathworks 
Peptone universale M66 per microbiologiaMerck1070431000 
Obiettivo UPLSAPO 60XOOlympus o equivalente
Estratto di lievitoFormediumYEA03 
Lievito base azotata senza aminoacidiFormediumCYN0405 

Riferimenti

  1. Koch, B., Schmidt, C., Daum, G. Storage lipids of yeasts: a survey of nonpolar lipid metabolism in Saccharomyces cerevisiae, Pichia pastoris, and Yarrowia lipolytica. FEMS Microbiology Reviews. 38 (5), 892-915 (2014).
  2. Krahmer, N., Farese, R. V., Walther, T. C.

Accesso limitato. Accedi o avvia una prova gratuita per visualizzare questo contenuto.

Ristampe e permessi

Esplora altri articoli

Analisi delle goccioline lipidicheMetabolismo lipidico del lievitoMicroscopia a fluorescenzaLievito a scissioneLievito a gemmazioneColorazione con BODIPYAnalisi delle immagini con MATLABImaging Z-stackQuantificazione dell'accumulo lipidico