포유류 세포에 있는 바닥 상태 고갈 슈퍼 해상도 영상
Summary
이 문서는 하나 이상의 플라즈마 포유류 세포에 있는 바닥 상태 고갈 (GSD) 슈퍼 해상도 현미경을 사용 하 여 세포 막 단백질의 검출에 대 한 프로토콜을 설명. 여기, 우리 토론 혜택과 시각화 및 세포 단백질의 정량화에 대 한 이러한 접근을 사용 하 여 고려 사항.
Abstract
형광 현미경 검사 법 및 세포 생물학에서 발전은 밀접 하 게 연관는 향상 된 셀룰러 이벤트 자주 하는 방법에 대 한 우리의 이해에 극적인 도약 선도 시각화 하는 기능 세포 기능. 개발 및 슈퍼 해상도 현미경의 상당 하 게 확장 했다 광학 해상도의 한계 ~ 250-20에서 nm. 생물학은 colocalization 회절 제한 된 지역 내에서 분자 상호 작용을 설명 하는 제한 된 더 이상, 오히려 그것은 이제 개별 분자의 동적 상호 작용을 시각화 수 있습니다. 여기, 우리 바닥 상태 고갈 고정된 셀 이미징에 대 한 현미경 검사 법에 의해 시각화 및 세포 단백질의 정량화에 대 한 프로토콜을 설명합니다. 우리는 두 개의 서로 다른 막 단백질, 바인딩과 그물 translocon, sec61β, 그리고 원형질 막 지역화 전압 개폐 L 유형 캘리포니아2 + 채널 (CaV1.2)의 요소에서 예제를 제공합니다. 논의 특정 현미경 매개 변수, 고정 방법, 사진 스위칭 버퍼 정립, 그리고 함정 및 이미지 처리의 과제.
Introduction
셀룰러 신호 반응 번역 세포질 응답을 시작 하는 내부 및 외부 환경 변화. 그들은 인간의 생리, 호르몬 및 신경 전달 물질 방출, 심장 박동, 시각, 수정, 및 인지 기능에 대 한 기초로 제공의 모든 측면을 통제 한다. 이러한 신호 폭포의 병 태 생리 조건 암, 알 츠 하이 머 병, 파 킨 슨 병, 등의 형태로 심각한 결과 가질 수 있습니다. 수십 년 동안, 생물학과 의학 조사자 이용 형광 단백질, 프로브, 바이오 센서는 형광 현미경 기본 도구로 결합 세포 이들의 정확한 공간과 일시적인 조직 이해 하 신호입니다.
Epifluorescence, confocal, 또는 총 내부 반사 형광 (TIRF) 현미경 등의 광학 기술의 힘은 그들의 감도, 속도, 및 라이브 셀 이미징, 주요 한계는 호환 그들의 회절 제한 된 해상도, 의미 구조 또는 200-250 nm 보다 작은 단백질 복합물은 확인할 수 없습니다. 결정적 슈퍼 해상도의 이론적이 고 실용적인 개발 (예를 들면, 자극된 방출 소모 현미경 (호텔 위치1), 구조화 조명 현미경 (SIM2) 또는 확률론 슈퍼 해상도 (예: , photoactivated 지역화 현미경 (팜3), 또는 바닥 상태 고갈 (GSD4,5)), 측면 및 축 해상도 형광 현미경 검사 법의 순서를 회절 방 벽을 넘어 확장 되었습니다 나노미터의 수 만입니다. 따라서, 조사자는 지금 시각화 하 고 단백질 역학과 조직 근처 분자 수준에서 기능을 변환 하는 방법을 이해 탁월한 기능이 있다.
바닥 상태 고갈 현미경 개별 분자 반환 뒤 (GSDIM), 또는 단순히 GSD로 알려져 있다 circumvents 회절 제한 fluorophores4,5를 동시에 방출의 수를 줄임으로써. 높은 에너지 레이저 빛 fluorophore 분류 샘플, 광자와 전자를 폭격 하 고 확률 그들은 ‘ 스핀 플립 ‘을 받게 되며4상태 삼중 항 또는 ‘ 어두운 상태 ‘를 입력 증가 자극 하는 데 사용 됩니다. 이 효과적으로 접지 상태를 고갈 시킨다, 그러므로 이름 ‘그라운드 상태 고갈’. Triplet 상태에 fluorophores 광자를 방출 하지 않는 하 고 샘플 주차 나타납니다. 그러나, 이러한 fluorophores 확률론 바닥 상태를 반환 하 고 triplet 상태에 반환 하기 전에 접지 흥분 상태 전환을 방출 하는 여러 광자를 통해 갈 수 있다. 적은 fluorophores 방출 어떤 주어진된 시간에, 함께 포 톤 버스트 fluorophores 이웃 공간 및 일시적으로 구분 되는 개별 fluorophores에서 방출. 광자의 버스트 가우스 기능, 렌즈, 사용 하는 빛의 파장의 수 가늠 구멍 (NA)에 종속 되는 지역화 정밀 fluorophore의 위치에 해당 하는 계산된 중심으로 들어갈 수 있는 여기 고 결정적인, fluorophore 당 방출 된 광자의 수. GSD에의 한 제한, fluorophores의 하위 집합만 적극적으로 언제 든 지 방출, 이후 이미지 수천을 수집 해야 합니다 완전 한 현지화 지도를 만들려고 몇 분 동안 이다. 높은 레이저 전원 요구와 함께 긴 수집 시간 GSD 라이브 샘플 보다 고정에 적합 한 더 나은 의미 합니다.
이 문서에서는 설명 합니다 막 및 바인딩과 그물 (ER)의 슈퍼 해상도 현미경 이미징에 대 한 고정된 샘플의 준비-상주 단백질 (필요한 소모품 및 시 약 참조 테이블의 재료의 목록)에 대 한. 어떻게이 프로토콜 쉽게 계량 크기와 L 유형 전압-문이 캘리포니아2 + 채널 (Cav1.2) 심장 myocytes의 sarcolemma에서의 클러스터링의 정도에 적응 하거나 수는 응급실의 세포 분포를 시각화 하는 데 사용의 예 시연 됩니다. 개시, 번역, 그리고 궁극적으로 많은 캘리포니아2 +의 기능 이해에 매우 중요 하다는 유통 및 이러한 세포 구성 성분의 이해-종속 신호 폭포. 예를 들어 Cav1.2 채널은 흥분 수축 연결, 수용 체-중재 Ca2 + 출시는 응급실에서 아마도 포유류 세포에서 가장 유비 쿼터 스 신호 폭포는 근본적으로 중요 합니다.
Protocol
Representative Results
Discussion
회절 한계를 넘어 이미지를 허용 하는 기술의 최근 폭발 공간과 시간에서 신호 하는 포유류 세포의 복잡성에 새로운 윈도우를 제공 했다. 이러한 기술에는 폭풍, 호텔 위치, 팜, GSD, 시뮬레이션, 및 그들의 이체 (예를 들어, dSTORM, FPALM) 포함 됩니다. 이러한 기술 뒤에 과학자의 독창성 빛의 회절을 경 세 하는 물리학의 법칙에 의해 부과 된 한계를 우회 하 것을 허용 했다. 이 거 대 한 성취에도…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
이 작업은 R.E.D. (15SDG25560035)에 AHA에서 교부 금에 의해 지원 되었다. 저자 박사 페르난도 산타나 그의 Leica SR GSD 3D 현미경의 사용을 위해 친절 하 게 제공 FP1 항 체에 대 한 박사 요하네스 지옥 인정 하 고 싶습니다.
Materials
| KOH | Thermo Scientific | P250-500 | To clean coverglass |
| #1.5 coverglass 18 x 18 mm | Marienfeld Superior | 0107032) | To grow/process/image cells |
| 10X PBS | Thermo Scientific | BP3994 | Dilute to 1X with de-ionized water |
| Poly-L-Lysine | Sigma | P4832 | Aids with cell adhesion to cover glass |
| laminin | Sigma | 114956-81-9 | Aids with cell adhesion to cover glass |
| Medium 199 | Thermo Scientific | 11150-059 | Ventricular myocyte culture media |
| DMEM 11995 | Gibco | 11995 | Cell culture media |
| Fetal bovine Serum (FBS) | Thermo Scientific | 10437028 | Media supplement |
| Penicillin/streptomycin | Sigma | P4333 | Media supplement |
| 0.05% trypsin-EDTA | Corning | 25-052-CL | Cell culture solution |
| Lipofectamine 2000 | Invitrogen | 11668-019 | Transient transfection reagent |
| Ca2+-free PBS | Gibco | 1419-144 | Cell culture |
| 100 % Methanol | Thermo Fisher Scientific | A414-4 | Cell Fixation |
| Paraformaldehyde | Electron Microscopy Sciences | 15710 | Cell Fixation |
| Glutaraldehyde | Sigma Aldrich | SLBR6504V | Cell Fixation |
| SEAblock | Thermo Scientific | 37527 | BSA or other blocking solution alternatives exist |
| Triton-X 100 | Sigma | T8787 | Detergent to permeabilize cells |
| Rabbit anti-CaV1.2 (FP1) | Gift | N/A | Commercial anti-CaV1.2 antibodies exist such as Alomone Labs Rb anti-CaV1.2 (ACC-003) |
| Mouse monoclonal anti-RFP | Rockland Inc. | 200-301-379 | Primary antibody |
| Alexa Fluor 647 donket anti-rabbit IgG (H+L) | Invitrogen (Thermo Scientific) | A31573 | Secondary antibody |
| Alexa Fluor 568 goat anti-mouse IgG (H+L) | Invitrogen (Thermo Scientific) | A11031 | Secondary antibody |
| Sodium azide | Sigma | S2002 | Prevents microbial growth for long term storage of samples |
| Catalase | Sigma | C40 | Photoswitching buffer ingredient |
| Glucose oxidase | Sigma | G2133 | Photoswitching buffer ingredient |
| Tris | Sigma | T6066 | Photoswitching buffer ingredient |
| beta-Mercaptoethylamin hydrochloride | Fisher | BP2664100 | Photoswitching buffer ingredient |
| β-mercaptoethanol | Sigma | 63689 | Photoswitching buffer ingredient |
| NaCl | Fisher | S271-3 | Photoswitching buffer ingredient |
| Dextrose | Fisher | D14-212 | Photoswitching buffer ingredient |
| Glass Depression slides | Neolab | 1 – 6293 | To mount samples |
| Twinsil | Picodent | 13001000 | To seal coverglass |
| sec61β-mCherry plasmid | Addgene | 49155 | |
| Leica SR GSD 3D microscope | Leica | ||
| ImageJ | |||
| Washing block solution | 20 % SEAblock in PBS | ||
| Primary antibody incubation solution | 0.5 % Triton-X100, 20 % SEAblock, in PBS | ||
| Secondary antibody incubation solution | 1:1000 in PBS |
References
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