Method Article
פרוטוקול זה מתאר את השלבים הדרושים כדי להשיג תוצאות לוקליזציה חלבון subcellular על דג זברה הרשתית על ידי התאמת מיקרוסקופ אור סופר רזולוציה וסריקת תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים.
אנו מציגים שיטה לחקור לוקליזציה חלבון subcellular ברשתית דג זברה זחל על ידי שילוב של מיקרוסקופ אור סופר רזולוציה וסריקת מיקרוסקופ אלקטרונים. עקיפה תת מגבלת רזולוציה היכולות של מיקרוסקופ אור סופר-רזולוציה אפשר לשפר את הדיוק של הנתונים מתואם. בקצרה, 110 ננומטר בעובי הקפאה-מועברים רקיק סיליקון ומקטעים, לאחר immunofluorescence מכתים, הם צילמו על ידי מיקרוסקופ אור סופר רזולוציה. לאחר מכן, הסעיפים נשמרים ב methylcellulose ו פלטינה מוצלל לפני הדמיה במיקרוסקופ אלקטרונים סריקה (SEM). תמונות מ האופנים האלה-מיקרוסקופ שני ימוזגו בקלות באמצעות ציוני דרך רקמות עם תוכנת קוד פתוח. כאן נתאר שיטת המותאמים עבור הרשתית דג זברה זחל. עם זאת, שיטה זו ישימה גם סוגים אחרים של רקמות ואורגניזמים. נדגים כי המידע המשלים מתקבל על ידי המתאם הזה הוא שאפשר לפתור הביטוי של חלבונים מיטוכונדריאלי ביחס עם הממברנות ואת cristae של המיטוכונדריה כמו גם לגבי תאים אחרים של התא.
שיטות לקביעת ההתאמה subcellular של חלבונים והקשר שלהן כדי תאים שונים של התא הן כלי חיוני להבין את הפונקציות שלהם ואת האינטראקציות האפשריות. סופר-רזולוציה מיקרוסקופיה בשילוב עם מיקרוסקופ אלקטרונים מספק מידע כזה1. מיקרוסקופ המחסור בקרקע ואחריו החזרה מולקולה בודדת (GSDIM) היא טכנולוגיה מיקרוסקופ סופר-ברזולוציה תואם עם מגוון רחב של fluorophores אורגניים, גנטית מקודד2 , משיגה רזולוציה לרוחב עד 20 ננומטר 3. שילוב של שיטות עם רזולוציה גבוהה יותר מאשר במיקרוסקופ רגיל מוגבל עקיפה משפר את הדיוק של המתאם4,5,6. על מנת להשיג המתאם הטוב ביותר של ביטוי חלבון עם תא subcellular מסוים וכדי להקטין את עוצמת הקול של חוסר ודאות7 השימוש באותו מקטע ודק במיוחד עבור אור ואלקטרון מומלץ. בין השיטות השונות אופטים, פרוטוקול הקפאה-סעיף Tokuyasu אינה דורשת התייבשות או שרף הטבעה, בנוסף, משמר את antigenicity של epitopes רבים ומספק רקמות טוב ultrastructure8. מספר שיטות הוכיחו את הישימות של מקטעים אלה correlative ואור מיקרוסקופ אלקטרונים (קלם)4,5,9,10.
הרשתית דג זברה הוא מודל חשוב ללמוד פיתוח ויזואלי ו מנגנוני מחלות אנושיות נתון מאוד שנשמרת מבנהו ותפקודו על פני בעלי חוליות. Photoreceptors מסוים, רשתית תצוגה אותה ארכיטקטורת כמו photoreceptors יונקים, עם סינפסה הבזליים, גרעין apico-basally מוארך, קיבוץ באשכולות של המיטוכונדריה על קטע הפנימי יותר הפסגה, קטע החיצוני מורכב של קרום דיסקים המיקום הכי הפסגה11. לוקליזציה של חלבון כדי התאים הסלולר מגוונות הוא שנשמרת בין דג זברה, אנושי, המאפשר חקירת הפונקציה הביולוגי של האדם חלבונים מחלות רלוונטיות12,13.
כאן אנו מציגים פרוטוקול להכין דג זברה זחל רשתית דגימות לפתור הלוקליזציה של החלבון מיטוכונדריאלי הממברנה החיצונית Tom20 על-ידי אור רזולוציה סופר correlative ואלקטרון. השיטה מבוססת על איסוף הקפאה-סעיפים על שבבי סיליקון, קבלת ניגודיות הטופוגרפי מידע שנוצר אחרי היישום של שכבה דקה של פלטינה. השלבים הבאים הם שיפורים טכניים ברור מבחינת נוחות השימוש, הפארמצבטית, ואת זמן להשלים ניסויים. לאחרונה הראו את הישימות של השיטה כדי לזהות נקבוביות הגרעין וחלבונים מיטוכונדריאלי העכבר רקמות14.
כל הניסויים בוצעו על פי המשפט ארוו שימוש בבעלי חיים של לרפואת עיניים ומחקר חזון ואושרו על-ידי הרשויות המקומיות.
1. הכנה של זגוגית בסעיפים על שבבי סיליקון
קיבוע הדגימה2. Immunolabelling
3. מיקרוסקופ סופר-ברזולוציה
4. Shadowing פלטינה
5. מיקרוסקופ אלקטרונים סורק
6. יישור של אור ושל תמונות מיקרוסקופ אלקטרונים
הביטוי של החלבון Tom20, יחידת משנה של ה translocase מיטוכונדריאלי הממברנה החיצונית מורכבת20, נקבע, בסעיפים דק של דג זברה זחל הרשתית, על ידי מיקרוסקופ אור super-resolution (איור 1), מידע זה היה השלים עם האות הטופוגרפי מתקבל על ידי סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים לאחר הצללת פלטינה הנוכשה. אלה נתונים correlative לאשר הלוקליזציה של חלבון בשיתוף עם תא מסוים, הממברנה החיצונית מיטוכונדריאלי, בנוסף לספק מידע על הזיקה של החלבון עם אחרים organelles של התא.
איור 1: קלם על הרשתית דג זברה. א הגדלה נמוכה widefield תמונה של דג זברה 5 dpf סעיף ברשתית, גרעינים צבעונית עם דאפי (ציאן). B. סריקת מיקרוסקופ אלקטרונים באותו האזור. ג. הגדלה גבוהה יותר widefield תמונה של מסגרת גרעינים ב מוכתם דאפי (ציאן), צביעת מיטוכונדריאלי Tom20 מופיע באדום. ד Widefield תמונה של אותו סעיף בהגדלה גבוהה יותר. התבנית של Tom20 הביטוי הוא האשכולות של המיטוכונדריה. אי ביטוי של Tom20 (נקודות אדומות) זוהה על ידי מיקרוסקופ GSDIM. הגרעינים מוכתם עם דאפי (ציאן). פ באותו מקטע כמו E שילוב רזולוציה סופר correlative וסריקה מיקרוסקופ אלקטרונים. Tom20 מכתים (נקודות אדומות) מופיע על האשכול מיטוכונדריאלי (ז) בקרום החיצוני של המיטוכונדריה. קרינה פלואורסצנטית דאפי האות הגרעינים (N) תואמת הטופוגרפיה של תמונת SEM. G. התמונה בהגדלה של מסגרת ב- F. סריקה תמונת מיקרוסקופ אלקטרונים מספק בהקשר לתמונה GSDIM (נקודות אדומות). Cristae מיטוכונדריאלי נראה בבירור, ההכתמה Tom20 הוא מקומי כדי בקרום החיצוני של המיטוכונדריה. הממברנות של המקטע החיצוני photoreceptors (OS) נפתרות בבירור. התמונה פיקסל בגודל 5 ננומטר. גודל ברים: A, B ו- c: 10 מיקרומטר; D: מיקרומטר 2; E ו- f: 1 מיקרומטר וז: 0.2 µm. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של הדמות הזאת.
משלים איור 1: יישור של תמונות אור ואלקטרון. A-צילום מסך מתוך ממשק TrackEM2 עם תמונות SEM וציוני ממוספרות (צהוב) לאורך גרעינים שונים. B. צילום מסך מתוך ממשק TrackEM2 עם פלורסצנטיות תמונות וציוני ממוספרות (צהוב) לאורך דאפי שונים צבעונית גרעינים. כדי לשנות את שקיפות השכבה המחוונים בחלק העליון השמאלי של התפריט יכול לשמש. סרגל קנה מידה: 1 מיקרומטר. אנא לחץ כאן כדי להוריד את הקובץ.
שיטה זו משלבת לוקליזציה חלבון סופר-נפתרה עם מידע בהקשר כדי לקבוע את מיקום מדויק של חלבונים ב- אברון. נדגים כאן השלמת הניסוי כדי להמחיש את הביטוי של Tom20 הממברנה החיצונית של המיטוכונדריה, ויחסה אחרים organelles כמו גרעינים או מקטעים החיצוני של קולט אור ברשתית דג זברה זחל.
Tokuyasu הקפאה-חלוקתה דורש הכשרה לרכוש חלקים שהשתמרה היטב. עם זאת, זוהי שיטה המועסקים מעבדות רבות עם הצלחה והפגינו21. העברת המקטעים פרוסות הסיליקון היא פשוטה מאוד, אין שיקולים מיוחדים נדרשים. השימוש של גליצרול במאגר הדמיה הוא שלב קריטי מאוד כדי למנוע ייבוש של הסעיפים. עבור הדמיה ברזולוציה סופר התוצאות הטובות ביותר מתקבלים כאשר כשהפחד קרוב מאוד בתחתית הכוס צלחת פטרי. הפסים סיליקון לסייע לשמירה על כשהפחד בתנוחה זו. טיפול מיוחד יש לנקוט בעת הסרת הפסים על מנת למנוע נזק הסעיפים.
העובי של הסעיפים-הקפאה, בסביבות 100 ננומטר, דק יותר רזולוציה אופטית ב Z-המימד, בנוסף מקלה את הדיוק של שיטת correlative כמו האות מיקרוסקופ סופר-ברזולוציה מגיע רק שכבה דקה זו את מיקרוסקופ אלקטרונים סריקה אות מציגה את הטופוגרפיה של המדגם. שיטה זו יכולה גם להיות משולב עם הדמיה ססגוניות. אולם, יש לקחת טיפול מיוחד כי המדגם יכולים לדימות תחת אותם תנאים (למשל מאגר הדמיה), קרוס לדבר יש למנוע.
מגבלה אחת של השיטה היא שלה דו מימדי מתקרב, מאז ניתן לאסוף רק מספר מוגבל של טורי מקטעים (בערך 3 עד 7 לכל פרוסת סיליקון). לפיכך, פרויקטים העוסקים ניתוח אמצעי האחסון לא יהיה אידיאלי. עם זאת, היא שיטה שניתן להחיל לזהות ביטוי חלבון בכל סוג של רקמה על-ידי חלוקתה פשוטה של המדגם. אנו מספקים שיטה ללא שימוש של סוכנים בניגוד קלאסית כמו ציטראט uranyl אצטט או עופרת. החדות על-ידי הוספת צל פלטינה מספקת ניגודיות הטופוגרפי מאוד אינפורמטיבי, אך במקרים מסוימים ממברנות שקשה לפתור. זה עשוי להוות בעיות עבור פרוייקטים צריך, לדוגמה, כדי לקבוע את הביטוי של חלבונים בתוך שלפוחית קטנה.
פרוטוקול שלנו, המבוסס על Tokuyasu הקפאה-מקטעים, משתמשת ציוד סטנדרטי כדי לקבל תוצאות correlative סופר רזולוציה ומיקרוסקופים אלקטרון סריקה. האוסף של קטעים על שבבי סיליקון המחפשים לשלב בין טיפול אלטרנטיבי ונוחות צעדים פשוטים כדי לספק יציבות הפארמצבטית כדי הכנת הדוגמא השימוש של פלטינה עבור חדות.
המחברים אין לחשוף.
מימון יון ו- RGB: השוויצרי הלאומי למדע קרן Ambizione ניקוד-להעניק PZ00P3 142404/1 ו- PZ00P3 163979.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Paraformaldehyde | Sigma-Aldrich | #158127 | |
Glutaraldehyde EM Grade | EMS, USA | #16220 | |
Cacodylate | Merck | #8.20670 | |
Tricaine | Sigma-Aldrich | #886-86-2 | |
Agarose, peqGOLD Universal | VWR International GmbH | 35-1020 | |
Flat embedding molds | BEEM Flat | ||
Local food brand gelatin | Dr.Oetker | Extra Gold | |
Sucrose | Merck | #1.07687 | |
Methylcellulose | Sigma | #M-6385 | |
Glycine | Sigma | #G-7126 | |
Gelatin type B | Sigma | #G-6650 | |
BSA | Applichem | #A6588.0050 | |
Silicon wafer | Si-Mat Silicon Materials | Type: P/Boron; Orientation <111> ON; Growth method: CZ; Resistivity:1-30 ohm/cm; Surface: polished; Laser cut at 7 x7 mm | |
Cryo-pin | Baltic Preparation | #16701950 | |
Wired loop "Perfect loop" | |||
Silicone stripes | Picodent | Twinsil 22 | |
Glucose | Sigma-Aldrich | #G8270 | |
glucoseoxidase | Sigma-Aldrich | #G7141 | |
catalase | Sigma-Aldrich | #C40 | |
beta-Mercaptoethylamine hydrochloride | Sigma-Aldrich | #M6500 | |
anti-Tom20 | Santa Cruz Biotechnology | #sc - 11415 | |
AlexaFluor 647 AffiniPure F(ab')2 fragment donkey anti rabbit IgG | Jackson Immuno-Research | #711-606-152 | |
DAPI | ROCHE, Switzerland | #10236276001 | |
Glycerol solution | Sigma-Aldrich | #49782 | |
Glass bottom petri dish | Ibidi, Germany | u-Dish 35mm, high glass bottom, #81158 | |
SEM aluminium stub | Agar Scientific | #G301F | |
Conducting carbon cement Leit-C | Plano, Germany | AG3300 | |
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Instruments | |||
Diamond Knife (Cryo Immuno) | Diatome | DCIMM3520 | |
Cryo-ultramicrotome | Leica Microsystems | Leica EM FCS | |
Widefield-TIRF microscope GSD Leica SR GSD 3D | Leica Microsystems | ||
160x 1.43 TIRF objective | Leica Microsystems | 11523048 | |
SEM - Zeiss Supra 50 VP | Zeiss | Supra 50 VP | |
FIB-SEM - Zeiss Auriga 40 | Zeiss | Auriga 40 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved