A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
כאן אנו מתארים את השימוש בקבוצה של סמני אברונים מבוססי חלבון פלואורסצנטי בהדמיית תאים חיים של השמרים הניצנים, Saccharomyces cerevisiae.
השמרים הניצנים, Saccharomyces cerevisiae, הם מערכת מודל קלאסית לחקר תפקוד הדינמיקה של האברונים. בעבודות הקודמות שלנו, בנינו סמנים מבוססי חלבון פלואורסצנטי עבור אברונים עיקריים ומבנים אנדומברניים, כולל הגרעין, הרטיקולום האנדופלזמי (ER), מנגנון גולגי, אנדוזומים, ואקולים, מיטוכונדריה, פרוקסיזומים, טיפות שומנים ואוטופאגוזומים. הפרוטוקול המוצג כאן מתאר את ההליכים לשימוש בסמנים אלה בשמרים, כולל הכנת DNA לטרנספורמציה של שמרים, בחירה והערכה של טרנספורמציות, תצפית מיקרוסקופית פלואורסצנטית והתוצאות הצפויות. הטקסט מיועד לחוקרים שנכנסים לתחום חקר אברוני השמרים מרקעים אחרים. שלבים חיוניים מכוסים, כמו גם הערות טכניות לגבי שיקולי חומרה של מיקרוסקופ ומספר מלכודות נפוצות. הוא מספק נקודת התחלה לאנשים לצפות בישויות תת-תאיות של שמרים על ידי מיקרוסקופיה פלואורסצנטית של תאים חיים. ניתן להשתמש בכלים ובשיטות אלה כדי לזהות לוקליזציה תת-תאית של חלבונים ולעקוב אחר אברונים מעניינים בהדמיית זמן-lapse.
מידור תת-תאי לאברונים הקשורים לממברנה הוא עיקרון נפוץ בארגון תאים אוקריוטיים. כל אברון ממלא פונקציות ספציפיות. כמו בהיבטים רבים אחרים של ביולוגיה אאוקריוטית, השמרים הניצנים, Saccharomyces cerevisiae, היו מערכת מודל קלאסית להבהרת העקרונות הבסיסיים של ארגון הדינמיקה של אברונים. דוגמאות כוללות את התגליות המכוננות במסלול הפרשת החלבון, מסלול ייבוא החלבון הפרוקסיזומלי ומסלול האוטופגיה 1,2,3.
בתנאים טיפוסיים עשירים בחומרים מזינים, תאי שמרים הגדלים במהירות מכילים רשתית אנדופלזמית (ER), גולגי מוקדם, גולגי מאוחר/אנדוזומים מוקדמים, אנדוזומים מאוחרים, ואקואולים ומיטוכונדריה. כמה פרוקסיזומים, טיפות שומנים ואוטופאגוזומים (אפילו פחות מהשניים הראשונים, בעיקר מסוג שלפוחית Cvt, הנמצאים בתנאים עשירים בחומרים מזינים4) קיימים גם הם, אך אינם בולטים כפי שהיו בתנאי תרבות ספציפיים (מדיה עשירה בשומנים, אמצעי רעב וכו'). בהשוואה למודלים איקריוטיים נפוצים אחרים, תאי שמרים הם קטנים למדי; הקוטר של תא שמרים טיפוסי הוא בסביבות 5 מיקרומטר, בהשוואה לעשרות מיקרומטרים עבור רוב תאי בעלי החיים והצומח. כתוצאה מכך, באותו שדה הדמיה המכיל בדרך כלל תא בעל חיים נצמד יחיד, ניתן לראות בדרך כלל עשרות תאי שמרים בשלבים שונים של מחזור התא. מלבד הבדלי הגודל, למורפולוגיה של אברוני השמרים יש גם כמה מאפיינים מוזרים. ברמה האולטרה-מבנית, שמרים ER מורכבים מיריעות וצינורות, כמו במערכות אחרות. במיקרוסקופיה פלואורסצנטית, ER שמרים מתבטא כשתי טבעות עם כמה מבנים מחוברים ביניהם. הטבעת הפנימית היא ה-ER הגרעיני, הרציף עם המעטפת הגרעינית, והטבעת החיצונית היא ה-ER ההיקפי, שהיא רשת צינורית השוכנת מתחת לקרום הפלזמה5. בדומה לתאי צמחים אך שונה מתאי בעלי חיים, אברון היברידי, גולגי המאוחר/אנדוזום מוקדם, יושב בצומת בין מסלול ההפרשה למסלול האנדוציטי 6,7. מבחינה מורפולוגית, מנגנוני גולגי שמרים מפוזרים בציטופלזמה. ווקואולים מקבילים מבחינה תפקודית לליזוזומים בתאי בעלי חיים. לעתים קרובות הם תופסים חלקים גדולים מהציטופלזמה ועוברים ביקוע ואיחוי תכופים. מלבד השימוש בסמני קו-לוקליזציה פלואורסצנטיים, ניתן להבחין בין קרום הווקולר ל-ER הגרעיני על ידי שני קריטריונים לפחות: קרום הווקולר בדרך כלל מעוגל יותר מה-ER הגרעיני, והמראה המערער של הוואקואול ב-DIC בולט יותר מזה של הגרעין.
באופן שגרתי, אנו משתמשים בקבוצה של סמנים מבוססי חלבון פלואורסצנטי כדי לדמיין את האברונים שהוזכרו לעיל בתאי שמרים חיים (טבלה 1). הנאמנות והפונקציונליות של סמני אברונים אלה אומתו בניסוי 7,8. מבני סמנים אלה נועדו להכניס קלטות כימרה של חלבון פלואורסצנטי לגנום השמרים. כפי שמתואר להלן, כהכנה להתמרת שמרים, שברי DNA ליניאריים נוצרים על ידי עיכול אנזימטי או הגברת PCR 7,8. מקטעי ה-DNA הליניאריים משולבים בגנום באמצעות רקומבינציה הומולוגית. עבור פלסמידים המתוארים בפרוטוקול זה, נעשה שימוש בשלושה סוגים של עיצוב. בסוג הראשון, המכסה את רוב הפלסמידים, ניתן לעתים קרובות להשיג שנאים הנושאים עותקים מרובים של המבנה. זה בדרך כלל לא רצוי מכיוון שהוא מציג וריאציות אקספרסיביות ואולי פונקציונליות על פני טרנספורמציות. יש לזהות טרנספורמציות בעותק יחיד באמצעות הדמיה כמתואר בפרוטוקול זה, על ידי אימונובלוטינג או על ידי בדיקות PCR שתוכננו בקפידה. בסוג השני, המכסה את GFP-Sed5, GFP-Pep12 ו-GFP-Atg8, רק אינטגרציה של עותק יחיד מיוצרת בתאי שמרים הפלואידים. גם הסוג הראשון וגם הסוג השני שומרים על העותק האנדוגני של גן הסמן שלם בגנום. סוג שלישי של עיצוב פלסמיד, המכסה את Sec7-2GFP ו-Vph1-2GFP, נועד להציג דפיקות C-terminal, מה שמוביל לכך שהכימרות הן העותק היחיד של גן הסמן המתאים.
כאן אנו מתארים את ההליך לשימוש בסמני אברונים אלה, מספקים תמונות מיקרוסקופיה למופת ודנים באמצעי זהירות המיועדים לחוקרים חדשים בהדמיית אברוני שמרים.
1. בניית מתח שמרים
2. מיקרוסקופיה פלואורסצנטית: פרוצדורות כלליות והדמיה בנקודת זמן אחת
3. הדמיית זמן-lapse
הערה: ההליך של הדמיית זמן-lapse שונה מזה של הדמיית נקודת זמן בודדת בשני תחומים: הכנת דגימה ופרמטרים של הדמיה.
4. הדמיה של ערימות תמונות והערכת מספר עותק האינטגרציה
מורפולוגיה ודינמיקה של אברונים נתונים לשינויים כאשר תאי שמרים מגיבים לאותות חיצוניים ופנימיים. כאן, אנו מספקים תמונות מייצגות של אברוני שמרים בשלב אמצע העץ (איור 3A,B). כפי שהוזכר קודם לכן, למספר אברונים יש את המאפיינים המורפולוגיים המובהקים שלהם...
הפרוטוקול המתואר כאן מספק התחלה פשוטה לאנשים הנכנסים מתחומי מחקר אחרים לחקור אברוני שמרים הדמיה. לפני שנעבור לנושאים ספציפיים, ברצוננו להדגיש פעם נוספת שצריך להימנע משימוש מופרז בתכונות אוטומטיות בתוכנות הדמיה. תמונות מיקרוסקופיה אינן רק תמונות יפות, הן נתונים מדעיים,...
המחברים רוצים להודות לחברי מעבדת Xie על עזרתם הנדיבה בהכנת כתבי היד. עבודה זו נתמכה על ידי הקרן הלאומית למדעי הטבע של סין (מענק 91957104), ועדת החינוך העירונית של שנגחאי (מענק 2017-01-07-00-02-E00035) והוועדה העירונית למדע וטכנולוגיה של שנגחאי (מענק 22ZR1433800).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Adenine | Sangon Biotech | A600013 | |
Casaminoacid | Sangon Biotech | A603060 | |
Concanavalin A from canavalia ensiformis (Jack bean) | Sigma Aldrich | L7647 | |
D-Glucose | Sangon Biotech | A501991 | |
Fiji | https://fiji.sc/ | ||
Glass-bottom petri dish | NEST | 706001 | Φ35 mm |
ImajeJ | https://imagej.net/ | ||
Inverted florescence microscope | Olympus | IX83 equipped with UPLXAPO 100X oil immersion objective, Lumencor Spectra X light source, and Hamamatsu Orca Flash4.0 LT camera. | |
L-Histidine | Sangon Biotech | A604351 | |
L-Leucine | Sangon Biotech | A100811 | |
L-Lysine | Sangon Biotech | A602759 | |
L-Methionine | Sangon Biotech | A100801 | |
L-Tryptophan | Sangon Biotech | A601911 | |
Microscope cover glass | CITOTEST | 10222222C | 22 mm x 22 mm, 0.16–0.19 mm |
Microscope slides | CITOTEST | 1A5101 | 25 mm x 75 mm, 1–1.2 mm |
Peptone | Sangon Biotech | A505247 | |
Uracil | Sangon Biotech | A610564 | |
Visiview | Visitron System GmbH | https://www.visitron.de/products/visiviewr-software.html | |
Yeast extract | Sangon Biotech | A100850 | |
Yeast nitrogen base without amino acids | Sangon Biotech | A610507 | |
YNB without amino acids and ammonium sulfate | Sangon Biotech | A600505 |
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