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Method Article
本文概述了一种用于检测哺乳动物细胞中的一种或多种等离子和/或胞内膜蛋白的方法。在这里, 我们讨论的好处和考虑使用这种方法的可视化和量化的细胞蛋白。
荧光显微镜和细胞生物学的进展是密切相关的, 增强的能力, 可视化细胞事件往往导致戏剧性的飞跃, 我们的理解细胞的功能。超分辨率显微镜的发展和可用性大大扩展了光学分辨率的极限, 从 ~ 250-20 nm。生物学家不再局限于在衍射有限区域内描述分子间的相互作用, 相反, 现在有可能对单个分子的动态相互作用进行可视化定位。在这里, 我们概述了一个协议的可视化和量化的细胞蛋白的地面状态损耗显微镜的固定细胞成像。我们提供的例子来自两种不同的膜蛋白, 一个元素的内质网 translocon, sec61β, 和一个等离子膜局部电压门控 L 型 ca2 +通道 (caV1.2)。讨论了具体的显微镜参数、固定方法、光开关缓冲配方、图像处理的缺陷和挑战。
细胞信号反应转换内部和外部环境, 以启动细胞的反应。它们调节人类生理学的各个方面, 作为激素和神经递质释放、心跳、视力、受精和认知功能的基础。这些信号级联的中断可能会有严重的后果, 包括癌症, 帕金森病和阿尔茨海默氏症等病理生理条件。几十年来, 生物学和医学研究人员成功地使用了荧光蛋白、探针和生物传感器, 并以荧光显微镜作为主要工具, 了解这些细胞的精确时空组织信号.
光学技术的优势, 如荧光, 共焦, 或全内反射荧光 (TIRF) 显微镜是他们的灵敏度, 速度和与活细胞成像的兼容性, 而主要的限制是他们的衍射有限的分辨率, 意味着结构或蛋白质复合物小于 200-250 nm 不能解决。随着确定性超分辨率的理论和实际发展 (例如, 受激辐射损耗显微镜 (STED1), 结构化照明显微镜 (SIM2) 或随机超分辨率 (例如, 光定位显微镜 (PALM3), 或基态损耗 (物料供应量4,5), 在荧光显微镜中的横向和轴向分辨率已经超出了衍射屏障, 以数十纳米。因此, 调查人员现在有无与伦比的能力, 以可视化和理解如何蛋白质动力学和组织转化为功能的近分子水平。
基态损耗显微镜后, 个别分子返回 (GSDIM), 或简单的政府物料供应, 因为它是已知的, 绕过衍射限制, 减少同时发射荧光4,5的数量。高能激光用于激发荧光标签的样品, 用光子轰击电子, 并增加他们将经受 "自旋翻转" 的几率, 并从激发态4进入三重或 "暗态"。这实际上耗尽了基态, 因此得名 "基态损耗"。在三重状态, 荧光不发射光子和样品出现变暗。然而, 这些荧光随机返回到基态, 并可以通过几个光子发射 excited-to-ground 状态转换, 然后返回到三重状态。在任何给定的时间荧光发射, 从单个荧光发出的光子爆发在空间上和世俗上不同于邻近的荧光。光子的爆发可以与高斯函数相匹配, 计算的质心与荧光的位置相对应, 它的定位精度取决于透镜的数值孔径 (NA), 光的波长用于激发和关键的是, 每荧光发出的光子数。物料供应处的一个限制是, 由于只有一个荧光的子集在任何时候积极发出, 数千张图像必须收集超过几分钟, 以建立一个完整的本地化地图。较长的采集时间与高激光功率要求相结合, 意味着物料供应处更适合于固定而非活体样品。
本文介绍了用于膜和内质网 (ER) 驻留蛋白的超分辨率显微成像固定样品的制备 (如需消耗品和试剂清单, 请参阅材料表)。如何方便地对此协议进行调整, 以量化心肌细胞肌中 L 型电压门控 ca2 +通道 (cav1.2) 的大小和聚类, 或用于可视化 ER 的细胞分布,被证明。了解这些单元格组件的分布和组织对于了解许多 Ca2个相关的信号级联的启动、翻译和最终功能至关重要。例如, cav1.2 通道对于激发-收缩耦合至关重要, 而受体介导的 ca2 +则可能是哺乳动物细胞中最普遍的信号级联。
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1. 洗涤玻璃片
2。镀膜玻璃片
注意: 本节中的步骤应在细胞培养罩中进行, 以防止污染.
3。制备单元格
4。电镀单元格
5。细胞固定
6。阻止非特定绑定
7。检测
8。后固定 (可选步骤)
9。存储示例
10。超分辨率成像 Photoswitching 缓冲准备
11。安装示例
12。图像获取
13。图像分析
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如导言中所记载的, 有许多不同的超分辨率显微成像模式。该协议, 重点在物料供应的超分辨率成像。有代表性的图像和本地化映射显示在图 2和图 3中。
图 2显示了转染 ER 蛋白的 COS-7 细胞, mCherry-Sec61β, 并使用上述方法进行处理。图 2A
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最近的技术爆炸使得成像超出了衍射极限, 为哺乳动物细胞信号在空间和时间上的复杂性提供了新的窗口。这些技术包括风暴、STED、棕榈、物料供应、SIM 和它们的变体 (例如、dSTORM、FPALM)。这些技术背后的科学家的聪明才智使我们能够绕过物理学定律对光的衍射所施加的限制。尽管取得了这一巨大成就, 但每种技术都做出了某种妥协, 以达到超分辨率, 因此, 有其局限性。细胞生物学家和 biop...
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作者没有竞争利益透露。
这项工作得到了从哈哈哈到 r.e.d.i (15SDG25560035) 的资助。作者想承认 Dr. 费尔南多桑塔纳使用他的徕卡 SR 3D 显微镜, 并 Dr. 约翰地狱为好心提供 FP1 抗体。
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Name | Company | Catalog Number | Comments |
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 |
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