살아있는 포유류 세포의 세포에서 단일 막 단백질의 다 색 지역화 현미경
Summary
여기, 우리 살아있는 세포의 세포에 단일 막 단백질의 다 색 지역화에 대 한 프로토콜을 제시. Fluorophores 연결할 자체 라벨 단백질 사용 됩니다. 단백질, 세포 기관이 동일한의 다른 막 구획에 있는 ~ 18의 정밀도로 지역화할 수 nm.
Abstract
Subcompartments 세포에 있는 단백질의 지역화에 대 한 지식을 그들의 특정 한 기능을 이해 하는 것이 결정적 이다. 여기, 우리는 지역화를 생성 하 고이 단백질의 지도 추적 하 여 단백질을 위해 액세스할 수 있는 microcompartments의 결정에 대 한 수 있도록 슈퍼 해상도 기법 제시. 또한, 멀티 컬러 지역화 현미경으로 지역화 및 추적 프로필 다른 subcompartments에 있는 단백질의 얻을 수 있습니다 동시에. 기술은 살아있는 세포에 대 한 특정 이며 단일 모바일 막 단백질의 반복적인 이미지에 기반. 관심사의 단백질 유전자 특정, 소위 자체 라벨 태그와 융합 된다. 이 태그는 기판 공유 방식으로 반응 하는 효소. 이러한 기판에 활용 된 형광 염료입니다. 형광과 효소 태그 단백질의 반응 레이블이 단백질에 기판 결과 표시. 여기, Tetramethylrhodamine (TMR)와 실리콘 Rhodamine (선생님)는 효소의 기질에 부착 된 형광 염료로 사용 됩니다. NM 범위에 오후에 기질 농도 사용 하 여 하위 화학 량 론 라벨 이루어집니다 뚜렷한 신호 귀착되는. 이러한 신호 ~ 15-27와 지역화는 nm 정밀도. 기술을은 사용할 수 막 투과성 염료와 효소 레이블이 자체적으로 지정 하는 것이 레 퍼 토리에 의해 색상 수는 제한 하는 의하여 단일 분자의 멀티 컬러 이미징 할 수 있습니다. 우리 품질 관리 효소 (Pten)의 지역화를 결정 하 여 기술의 타당성을 보여줍니다-다른 막 단백질에 관하여 처리 하는 동안 다른 미토 콘 드 리아 구획에 니 1 (PINK1)을 유발. 단일 분자 무서 워 또는 공동 추적에 의해 다르게 레이블이 단일 단백질 간의 진정한 실제 상호 작용에 대 한 테스트는 제한 하지만, 낮은 라벨도 두 개의 인접 한 단백질을 동시에 표시 하는 데에 대 한 확률 감소 때문입니다. 기술은 단백질 막 구획에 이미징에 대 한 강한 동안, 대부분의 경우 높은 모바일 수용 성 단백질의 지역화가 결정 적합 하지 않다.
Introduction
이 프로토콜의 목표는 지역화 하 고 단일 막 단백질 라이브 셀 내부를 추적 하는 이미징 방법 제공. 추적 및 지 방화 현미경 검사 법 (TALM)1,2이 메서드를 호출 하 고. 확률적 광학 재건 현미경 (폭풍)3 와 같이 형광 Photoactivation 지역화 현미경 검사 법 ((F) 팜)4,5, TALM 단일 분자 기반 형광 지역화 기술 이다. 그러나, 그것은 동일의 반복적인 이미지와 함께 조합에 있는 막 단백질의 이동성 표시 계시 한다 다른 위치에 분자 microcompartment 모바일 단백질에 대 한 액세스할 수 있는 방식으로 구분 됩니다. 즉, 단백질의 가능한 국부 세포 기관이의 건축 및 단백질1의 이동성에 의해 설정 됩니다. 메서드는 지역화 및 탄도 이미징 모바일 단백질에 의해 지도 계시 한다 때문에 다양 한 다른 슈퍼 해상도 기법6,,78 보완. 라벨은 se 당 비 형광은 유전자 조작된 융해 단백질을 사용 하 여 기반으로 합니다. 이 융해 단백질은 자체 효소 반응 covalently 염료에 활용 된 기판 레이블이 지정 됩니다. 이 절차는 라벨도 될 수 있는 이점이 있다 추가 된 기판의 크기에 의해 제어. 또한, 그것은 선택한 활용된 염료에 따라 형광의 색상을 다양 하 게 있습니다. 여러 자체 라벨 효소-태그는 사용할 수9. 또 다른 장점은, 사용 하는 자체 효소 태그 라벨 활용된 염료를 일반적으로 더 안정적이 고 밝은 형광 단백질1 와 개별 단백질 따라서 기록 될 수 있습니다 더 이상 보다는 더 정확 하 게 때까지 그들은 표백. 모바일 단백질의 궤적의 녹음 및 확산 계수10,11의 추출에 대 한 수 있습니다.
여기, 우리는 미토 콘 드 리아 멤브레인 단백질, TALM의 타당성 입증 하지만 그것은 또한 다른 세포 유형12,13를 포함 하 여 다른 내부 및 여분 cellular 막 단백질에 적용할 수 있습니다. 우리 다 색 TALM 추가 기존 슈퍼 해상도 형광 현미경 검사 법 기술14,15, 보완성에 다른 subcompartments에 있는 단백질의 동시 구별에 대 한 허용 표시 16. TALM 라이브 셀 이미징17와 호환 됩니다. 사진-물리학 선택한 rhodamines Tetramethylrhodamine (TMR)와 실리콘-Rhodamien (선생님)의 특히 그들의 밝기와 안정성, 수 있게 기록 단일 막 단백질 지역화 (및 궤적) 지도 제공 하는 여러 프레임에 걸쳐. 그러나 모션 블러는 너무 높은 때문에 프레임 마다 수집 된 광자는 적절 한 지역화를 위해 너무 낮은, TALM 높은 확산 계수와 수용 성 단백질의 지역화에 대 한 제한 됩니다. 게다가, TALM phototoxic 효과 감소 예 폭풍 또는 자극 방출 소모 (호텔 위치) 현미경6,7, 보다 전원을 적게 필요 합니다. 이것은 phototoxic 스트레스는 종종 organellar 형태학18 및 따라서 이동성 분석19영향을 때문에 중요 한. 합계에서는, 선물이 살아있는 세포에 다 색 TALM 지역화 현미경 방법 폭풍/호텔 위치 사이의 간격을 채우는 기술 (F) 팜 및 photobleaching 후 단백질 이동성 형광 복구 등을 분석 하는 기법 (졸라)20 / ,21, 형광 상관 분광학 (FCS)22, 그리고 형광 상관 분광학 (FCCS)11,23크로스.
Protocol
Representative Results
Discussion
여기, 듀얼 컬러 단일 분자 지역화 모바일 막 단백질의 기술을 제시 했다. 다음 프로토콜, 막 단백질 자체 라벨 TMR 및 그들의 각각 기판에 활용 된 선생님 rhodamine 염료와 반응 하는 단백질에 융합 된다. Rhodamine 밝은 photostable 염색 하 고 반복적인 이미징1따라서 허용 합니다. 성공적인 성능에 대 한 여러 조건 및 중요 한 주제 마음에 보관 해야 합니다.
첫째, 그?…
Declarações
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
저자 생물 물리학 그룹 및 Jacob Piehler Wladislaw 콜 기술 지원 및 자료의 준비에 대 한 지속적인 지원과 사용 하기 위해 현미경을 제공 하기 위한 CellNanOs 보드 나 브루 크의 대학에 감사 하 고 싶습니다. 프로젝트는 SFB 944에 의해 투자 되었다.
Materials
| (2-(4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazinyl)-ethanesulfonic acid, 1 M) (HEPES) | Biochrom | #1104E | |
| DC1: Dichroid beam splitter | Chroma | 640 dcxr | NC506031 |
| DC2: Polychroic Mirror, beamsplitter | Chroma | zt405/488/561/640rpc | discontinued |
| Dulbecco´s Phosphate-Buffered Saline (PBS) 1x (w/o Ca & Mg) | Sigma-Aldrich & Co. | #RNBF8311 | |
| Earle´s MEM without phenol red, without L-Glutamine and without NaHCO3 containing 1% FBS, 0.1% HEPES, 0.1% NEAA, 0.1% Alanyl-L-Glutamine and 34.78% sodium hydrogen carbonate (NaHCO3 0.75g/l) | Imaging medium | ||
| Earle´s minimum essential medium (MEM) with phenol red, containing 1% Fetal Bovine Serum Superior (FBS), 0.1% HEPES (2-(4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazinyl)-ethanesulfonic acid, 1 M), and 0.1% non-essential amino acids (NEAA) | Growth medium | ||
| EF: Emission filter quadbandpass | AHF analysentechnik | F72-866 | Brightline HC 446 nm/523 nm/600 nm/677 nm |
| EMCCD camera | Andor | Andor iXON 897 | EMCCD camera |
| Emission filter QuadView filter cubes, orange | AHF analysentechnik | F39-637 | bandpass 582 – 619 nm |
| Emission filter QuadView filter cubes, red | Chroma | bandpass 655 – 725 nm (HQ 690/70) | |
| FBS (Fetal bovine serum) superior | Biochrom | S0615 | |
| Fluorescent beads: TetraSpeck™ Microspheres, 0.1 µm, fluorescent blue/green/orange/dark red | Thermo Fisher Scientific | T7279 | fluorescent microspheres |
| Glutamine | Biochrom | #0951C | |
| HeLa cells | DSMZ | ACC-57 | Cervical carcinoma cells from patient Henrietta Lacks |
| Hela cells CI::paGFP, stable | Muster et al., PLOSOne 2010 | ||
| Hela cells CV g::Halo7-Tag, stable | Appelhans et al., NanoLett 2012 | ||
| Hela cells Tom20::Halo7-Tag, stable | Appelhans et al., NanoLett 2012 | ||
| Image splitter | Photometrics | Dual-View QV2 | image splitter emission |
| Imaging processing software | ImageJ2 / Fiji | freeware | |
| Immersion Oil – ImmersolTM 518 F (ne = 1.518, ve = 45) | Carl Zeiss Jena GmbH | 444960-0000-000 | |
| Inverted epifluorescence microscope | Olympus IX-71/73/83 | ||
| Laser 561 nm, 200 mW | CrystaLaser | CL-561-200 | 561 nm emission |
| Laser 642 nm, 140 mW | Omicron | Luxx-642-140 | 642 nm emission |
| MATLAB | MathWorks | version R2013a | |
| MEM with Earle's Balanced Salt Solution 2.2 g/L NaHCO3, stable glutamine w/o PR | Biochrom | FG-0385 | |
| MEM with Earle's Balanced Salt Solution with 2.2 g/L NaHCO3, stable glutamine, Phenolred | Biochrom | FG-0325 | |
| MitoTracker® Deep Red FM | Thermo Fisher Scientific | M22426 | dye |
| MitoTracker® Green FM | Thermo Fisher Scientific | M7514 | dye |
| Multi-mode-optical polarization maintaining monomode fiber | Pointsource/Qioptiq | KineFLEX | |
| NHS-PEG-MAL, Rapp Polymer | Rapp Polymere GmbH Tübingen | coverslip coating | |
| non-essential amino acids (NEAA) | Biochrom | #0802E | |
| PEG 800 (Polyethylene glycol) 10 % | Carl Roth GmbH | Art No. 0263.1 | coverslip coating |
| Penicillin/Streptomycin | Biochrom | #0122E | |
| Plasmid for PINK1-Halo7-Tag expression | Beinlich et al., ACS Chemical Biology 2015 | ||
| Poly-L-lysine (1.2 mg/ml) | Sigma-Aldrich & Co. | Cat. No.P9155 | coverslip coating |
| RGD Peptide (Ac-CGRGDS-COOH) | Coring System Diagnostix GmbH, Gernsheim | coverslip coating / Intergrin receptor motif | |
| Silicon Rhodamine linked to HaloTag®-Ligand (SiRHTL) | personal gift from Kai Johnson | dye | |
| Software analysis plugin | self-written C. P. Richter, Biophysik Osnabrück | SLIMFAST 16g | |
| Tetramethylrhodamine / SNAP-Cell® TMR-Star linked to SNAP-Ligand (TMRstar) | New England Biolab® | S9105S | dye |
| Tetramethylrhodamine linked to HaloTag®-Ligand (TMRHTL) | Promega | G8251 | dye |
| TIRF condensor | Olympus | Cell^TIRF MITICO System | TIRF condensor |
| TIRF microscope controlling software | Olympus cellSens 1.12 | ||
| TIRF objective | Olympus | 150x oil objective (N.A. 1.45; Olympus UAPO) | |
| Trypsin/EDTA 10x | Biochrom | #0266 | |
| Water H2O 99,5 % Rotipuran® Low organic | Carl Roth GmbH | Art. No. HN57.1 |
Referências
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