我々はSTORM顕微鏡へのアクセスのためにXufeng Wuに感謝します。この研究は、国立がん研究所（NCI）がん研究センターと国立心臓肺血液研究所（NHLBI）の教室内研究プログラムによって支援されました。

注意：使用前に関連するすべての物質安全性データシート（MSDS）を参照してください。このプロトコルで使用される化学物質のいくつかは有毒で発癌性があります。エンジニアリングコントロール（ヒュームフード、グローブボックス）および個人用保護具（安全眼鏡、手袋、ラボコート、全長ズボン、クローズトゥーシューズ）の使用を含む、プロトコールを実行する際は、適切なすべての安全プラクティスを使用してください。 活性化T細胞の多重化画像化<ol><li> Alexa 647抗体ラベリングキットを使用してAlexa-647（A647）色素と抗体を直接コンジュゲートします。製造元が提供するラベリングプロトコルに従ってください。 注：このステップの前に抗体標識効率を高めるために、1x PBS中の抗体溶液の透析を推奨します。 </li><li> 20,800 rcfで5分間標識した抗体をスピンし、上清を集めて凝集した抗体を除去する。 </li><li> 蛍光ナノダイヤモンド被覆カバーガラスの作製 <ol&gt; <li> 250μL0.01％Poly-L-Lysine（PLL）を含む8ウェルのカバーガラスチャンバー（試薬/材料リストを参照）を15分間コートし、吸引し、65℃で30分間乾燥させる。 （乾燥する前にすすぎをしないでください。） </li><li> 1倍PBSで100 nm FNDの希釈液を調製する。様々な希釈液を試験して、ステップ1.2.7で十分なFNDが各視野に見えるようにします（メーカーが提供するFNDの1：200希釈を使用しています）。 </li><li>希釈したFNDを1分間ボルテックスする。 </li><li>ハイパワー設定で30秒間FND上清を超音波処理する。 </li><li>超音波処理されたFND上清をPLLコートした8ウェルカバースリップチャンバー中で室温で30分間インキュベートする。 </li><li> 1x PBSで5回洗浄し、TIRF顕微鏡で647 nmレーザー励起を使用してFND被覆チャンバーを視覚化します。理想的には、ステップ1.2.2でFNDを適切に希釈した場合、4〜10個の個別FNDを視野内に表示する必要があります（61 x 61μmの視野を得るために256 x 256カメラピクセル設定の100倍対物レンズを使用しています）と撮像フィールドの各象限に存在する少なくとも1つのFND。 FNDがクラスター化していると思われる場合（ すなわち 、周囲のFNDよりも著しく高いシグナルおよび200nmより大きい点広がり関数を有するFND）、FNDを6,800rcfで1分間遠心し、FND上清を用いてコーティング手順を繰り返す。 </li><li>各ウェルに250μlの抗CD3抗体（10μg/ mL）を添加し、37℃で1時間、または4℃で一晩インキュベートする。 </li><li>溶液を除去し、1×PBSを30秒間添加する。この洗浄ステップを5回（5回洗浄）繰り返す。 </li></ol></li><li> Jurkat T細胞の活性化 <ol><li> Jurkat T細胞1 mlを800 rcfで6分間スピンし、300μlの1x HBS溶液に再懸濁する。 Jurkat T細胞は、スピンする前に、理想的には0.5〜1.0×10 6細胞/ mlの濃度でなければならない。 1x HBS溶液は、前述したように1％ウシ血清アルブミンを含むHEPES緩衝液生理食塩水からなる22 。 </li><li> 150μLを加える各ウェルに1×HBS溶液を加え、37℃で15分間インキュベートする。 </li><li>各ウェルに50μLの再懸濁したJurkat T細胞を加え、37℃で3分間インキュベートする。 </li><li> 4％パラホルムアルデヒド300μLを各ウェルに添加し、37℃で30分間インキュベートする。 </li><li> 1x PBSで3回洗浄する。 </li><li> 250μLの0.1％Triton-X溶液を室温で5分間添加して細胞を透過させる。 </li><li> 1x PBSで3回洗浄する。 </li><li>室温で30分間各ウェルに1×PBS中250μL1％魚ゼラチン溶液を添加する。 </li><li> 1x PBSで3回洗浄する。 </li></ol></li><li> イメージングは​​、madSTORMを用いてJurkat T細胞を活性化した <ol><li>固定化された細胞に0.1〜0.5μg/ mLの標識された抗体200μLを室温で1時間添加する。 </li><li> 1×PBSで5回洗浄する。 </li><li> STORM緩衝液1 mlを加え、ガラスカバースリップでチャンバーを覆い、空気への曝露を制限する。 STORMバッファは、先に10で説明した。私たちはmaSTORMバッファーを各回のイメージングに使用し、STORMバッファーを20,800 rcfで2分間回転させて沈殿物を除去する。 </li><li> TIRFモードで低647 nmレーザー出力を使用して、視野内に少なくとも3つのFNDを有する染色細胞を見つける。 FNDを配置するのを助けるために、568nmレーザを伴う励起を使用して、FND信号の輝度を増加させることができる。 注：セクション2.1で説明した平均フィデューシャル補正の性能は、より多くのFNDを含めると改善されます。 </li><li> 647 nmのレーザー出力を増加させ、画像を取得します。我々は、200ms露光、125mW 647nmレーザ、100倍TIRF対物レンズ（1.49NA）、100X EMゲイン（16MHzで5MHz、変換利得1）で10,000フレームを取得する。私たちのイメージングセットアップの詳細は、以前に説明されています10 。 </li><li> 1x TBSで5回洗浄する。 </li><li> 1 mlを加えて（3.5M MgCl 2、20mM PIPES、0.1％Tween-20、pH6.5）で洗浄し、室温で1分間インキュベートする。 </li><li>溶出を3回繰り返します。 （正確な溶出条件およびシグナルを除去するために必要な溶出リンスの数は、使用する各抗体についてチェックする必要があります）。 </li><li> 1×TBSで3回洗浄し、1×PBS 1mlを加える。 </li><li>暗所でA647色素を光活性化するために、2〜5mWの405nmレーザで高出力（125mW）で647nmレーザを使用する光漂白剤。溶出されていない抗体からの残りのシグナルが全て光退色するまで待つ。典型的には、これは2〜5秒のレーザー露光を要する。溶出および光退色後に1.3.5のSTORM設定を使用してサンプル画像（約100フレーム）を取得することを推奨します。 通常、この方法を使用して信号の99.8％を除去します。以前に示したようにmadSTORMで使用する前に各抗体の溶出効率を試験することを推奨します10 。 </li><li> 250μLの4％パラホルムアルデヒドを15分間添加する。このpr事象は、細胞内の固定分子の架橋を逆転させる。 </li><li> 1x PBSで3回洗浄する。 </li><li>複数のターゲットを順次ラベリングする場合は、手順1.3.1-1.3.12を繰り返します。 図1は、madSTORMを用いて獲得した活性化Jurkat T細胞における複数の分子の複合画像を示す。 </li></ol></li></ol> 2.マルチプレックス画像スタックのドリフト補正とアライメント<ol><li> madSTORM画像スタックのドリフト補正 <ol><li> ImageJを使用して画像を開きます。 ImageJで開く前に、イメージファイルをTIFF形式に変換することをお勧めします。単一のFNDを選択するには、矩形ROIを使用します。画像スタックのすべてのフレームでFNDが表示されるように、時間の経過を再生します。 ThunderSTORMプラグインでRun Analysisを使用して、FNDをローカライズします。 2.1.5で説明した平均基準補正法では、単一のFNDが各画像フレームに局在することが重要です（ つまり 、特定されたピークの数はeフレーム数に対するqual）。 </li><li>すべてのフレームでFNDが識別されない場合は、別のFNDを選択します。 1つのフレームに複数のピークがある場合は、前のピークから最も離れたピークを削除します。 </li><li>イメージスタック内の各FNDに対して2.1.2を繰り返します。一部のFNDはドリフト補正プロセスに含めてはならないので、ステップ2.1.7で説明したドリフト補正精度の独立ゲージとして機能させることができます。 </li><li>より速く精度の低いドリフト補正を行うには、ThunderSTORMに含まれる相互相関または基準補正アルゴリズムを使用してFND画像を補正します。典型的には、相互相関には100ビン、5倍、0.1軌道平滑化係数を使用し、基準距離補正には最大距離10、マーカー視認率0.1、軌道平滑化係数0.01を使用します。相互相関および基準補正は、ドリフト補正の精度をテストするために他のFNDに適用できる補正ファイルを生成します。 </li><li>もっと厳しく、より正確なドリフト補正を行うには、前述の10のような平均補正基準（AFC）アルゴリズムを使用します。このプロセスは、パラメータの最適化を必要とせず、SMLMローカリゼーションアルゴリズムによって予測されるよりも高いローカライゼーション精度をもたらす。しかし、平均ドリフト補正には、少なくとも4つのFNDが必要であり、FNDが画像スタックのすべてのフレームに局在する必要があります。 AFCドリフト補正は、FNDの数を増やすほど効果的です。これは、多数のローカライズされたFNDが、特定のフレームの外れ値ピークの歪み効果を軽減するためです。 </li><li>以前に説明したようにThunderSTORMを使用して画像スタック内のポイントスプレッド機能をすべてローカライズする10 。我々は、100nmのピクセルサイズ、A / D数4.28、ベースレベルA / Dカウント100、EMゲイン100、PSF：統合ガウス局在、5ピクセルフィッティング半径、最尤フィッティング法、および1.3ピクセル初期シグマ。</li><li> FNDから取得したドリフト補正係数を、画像スタック全体からローカライズに適用します。最終的な画像を視覚的に検査して、適切なドリフト補正が行われるようにします（ 図2 ）。得られたドリフト補正係数は、ドリフト補正精度のレベルを測定するために、AFC手順に含まれていないFNDについて独立してテストされるべきである。ドリフト補正された独立したFNDの精度は、ステップ2.1.6で使用されたローカリゼーションアルゴリズムから計算された平均精度/不確実性値に近くなければなりません。 </li><li>順次標識された抗体のmadSTORMイメージスタックについては、2.1.1〜2.1.7の手順を繰り返します。各madSTORMイメージスタックに同じFNDセットをローカライズすることは、次のアライメント手順にとって重要です。 </li></ol></li><li> madSTORM画像のアライメント <ol><li>各madSTORM画像のドリフト補正FNDの重心位置を計算します。これを行うには、平均x軸とy軸を求めます。局所化された各FNDについての位置付け、および各madSTORM画像内のすべてのFNDの平均xおよびy位置の平均をとる。このステップの詳細なアルゴリズムは、先に説明した10 。 FND基準マーカーの重心位置を使用して連続madSTORM画像を整列させます。アラインメントを実行するには、2つ目のmadSTORM画像のFNDの重心位置を最初の位置から減算することによって、2つのローカライズされたmadSTORM画像間のオフセットを計算します。その後、2番目のmadSTORM画像内のすべてのローカリゼーションからオフセット量を減算します。 </li><li>最初のmadSTORMイメージを参照イメージとして使用し、1番目と3番目、1番目と4番目などの間でこのアライメントステップを繰り返すことをお勧めします。アライメントプロセスに含まれていないFND間のオフセットを測定することによってアライメント精度をテストします。大きなオフセットは、シーケンシャルなmadSTORM画像の重心位置を計算する際に、異なるセットのFNDが使用されたことを示している可能性があります。 </li><li>そうであれば、ステップ2.2.1-2.2.2のステップ同一のFNDのセットを用いてアライメントを行うことが繰り返される。 注：AFCドリフト補正とアラインメント手順の両方のカスタムコードが提供されています。 </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Betzig, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+intracellular+fluorescent+proteins+at+nanometer+resolution.">Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution.</a> Science. 313 (5793), 1642-1645 (2006).</li><li>Hess, S. T., Girirajan, T. P., Mason, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ultra-high+resolution+imaging+by+fluorescence+photoactivation+localization+microscopy.">Ultra-high resolution imaging by fluorescence photoactivation localization microscopy.</a> Biophys J. 91 (11), 4258-4272 (2006).</li><li>Rust, M. 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A., Zhuang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stochastic+optical+reconstruction+microscopy+(STORM):+a+method+for+superresolution+fluorescence+imaging.">Stochastic optical reconstruction microscopy (STORM): a method for superresolution fluorescence imaging.</a> Cold Spring Harb Protoc. (6), 498-520 (2013).</li><li>Yi, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=madSTORM:+a+superresolution+technique+for+large-scale+multiplexing+at+single-molecule+accuracy.">madSTORM: a superresolution technique for large-scale multiplexing at single-molecule accuracy.</a> Mol Biol Cell. 27 (22), 3591-3600 (2016).</li><li>Bates, M., Huang, B., Dempsey, G. T., Zhuang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multicolor+super-resolution+imaging+with+photo-switchable+fluorescent+probes.">Multicolor super-resolution imaging with photo-switchable fluorescent probes.</a> Science. 317 (5845), 1749-1753 (2007).</li><li>Dempsey, G. T., Vaughan, J. C., Chen, K. 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J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+multiplexed+single-cell+analysis+of+formalin-fixed,+paraffin-embedded+cancer+tissue.">Highly multiplexed single-cell analysis of formalin-fixed, paraffin-embedded cancer tissue.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (29), 11982-11987 (2013).</li><li>Jungmann, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multiplexed+3D+cellular+super-resolution+imaging+with+DNA-PAINT+and+Exchange-PAINT.">Multiplexed 3D cellular super-resolution imaging with DNA-PAINT and Exchange-PAINT.</a> Nat Methods. 11 (3), 313-318 (2014).</li><li>Nanguneri, S., Flottmann, B., Horstmann, H., Heilemann, M., Kuner, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Three-dimensional+tomographic+super-resolution+fluorescence+imaging+of+serially+sectioned+thick+samples.">Three-dimensional tomographic super-resolution fluorescence imaging of serially sectioned thick samples.</a> PLoS One. 7 (5), e38098 (2012).</li><li>Schubert, W., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analyzing+proteome+topology+and+function+by+automated+multidimensional+fluorescence+microscopy.">Analyzing proteome topology and function by automated multidimensional fluorescence microscopy.</a> Nat Biotechnol. 24 (10), 1270-1278 (2006).</li><li>Tam, J., Cordier, G. A., Borbely, J. S., Sandoval Alvarez, A., Lakadamyali, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cross-talk-free+multi-color+STORM+imaging+using+a+single+fluorophore.">Cross-talk-free multi-color STORM imaging using a single fluorophore.</a> PLoS One. 9 (7), e101772 (2014).</li><li>Valley, C. C., Liu, S., Lidke, D. S., Lidke, K. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sequential+superresolution+imaging+of+multiple+targets+using+a+single+fluorophore.">Sequential superresolution imaging of multiple targets using a single fluorophore.</a> PLoS One. 10 (4), e0123941 (2015).</li><li>Hoebe, R. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Controlled+light-exposure+microscopy+reduces+photobleaching+and+phototoxicity+in+fluorescence+live-cell+imaging.">Controlled light-exposure microscopy reduces photobleaching and phototoxicity in fluorescence live-cell imaging.</a> Nat Biotechnol. 25 (2), 249-253 (2007).</li><li>Kiuchi, T., Higuchi, M., Takamura, A., Maruoka, M., Watanabe, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multitarget+super-resolution+microscopy+with+high-density+labeling+by+exchangeable+probes.">Multitarget super-resolution microscopy with high-density labeling by exchangeable probes.</a> Nat Methods. 12 (8), 743-746 (2015).</li><li>Campi, G., Varma, R., Dustin, M. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Actin+and+agonist+MHC-peptide+complex-dependent+T+cell+receptor+microclusters+as+scaffolds+for+signaling.">Actin and agonist MHC-peptide complex-dependent T cell receptor microclusters as scaffolds for signaling.</a> J Exp Med. 202 (8), 1031-1036 (2005).</li><li>Sarkar, S. K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Wide-field+in+vivo+background+free+imaging+by+selective+magnetic+modulation+of+nanodiamond+fluorescence.">Wide-field in vivo background free imaging by selective magnetic modulation of nanodiamond fluorescence.</a> Biomed Opt Express. 5 (4), 1190-1202 (2014).</li></ol>

私たちには何も開示するものはありません。

madSTORMのシーケンシャルマルチプレックス、ドリフト補正、アラインメントの手順により、細胞内の異種構造の正確かつ高度に多重化された可視化が可能になります。さらに、madSTORMは、非遠赤色色素9,12の色収差や準最適な光スイッチング/発光特性など、多色STORMの制限を回避します。溶出工程が逐次的に結合した抗体からの立体障害を有意に減少させるので、madSTORMを使用して、従来の技?...

光学顕微鏡の回折限界（約200nm）を克服するために、様々な超解像顕微鏡技術が開発されている。これらの中には、光活性化局在顕微鏡法（PALM）および確率的光学再構成顕微鏡法（STORM）を含む単一分子局在化顕微鏡（SMLM）と呼ばれる技術のカテゴリーがある。 SMLM技術は、オン（蛍光）状態とオフ（ダーク/光スイッチ）状態との間で切り替えることができるフルオロフォアの使用を共有し、単一分子1,2,3からの蛍光の連続的な局在化を可能にする。 市販の染料や顕微鏡との互換性のため、直接STORM（dSTORM）は広く採用されたSMLM技術となっています4 。 dSTORMは、回折線の中心を計算する際の不確かさとして定義される、約10nmの定位精度を日常的に達成することができるイオン制限点広がり関数（PSF）。しかしながら、局在化アルゴリズム5,6,7を用いて推定された高い精度にもかかわらず、単一分子の実際の位置の正確な決定は、多くの問題によって妨げられてきた。第1に、画像取得中の顕微鏡ステージの機械的移動は、位置特定精度に重大な不確実性を加える。 SMLM画像が何千ものタイムラプスフレームにわたって得られるので、顕微鏡ステージのナノスケールの動きは、最終的な超解像画像8の精度を著しく損なう可能性がある。画像取得中のステージの動きを補償するために、ステージドリフトは、画像自体からのビニングされたローカライゼーションの回帰ベースのフィッティング（相互相関）または基準マーカからの連続的なローカライゼーション（基準補正）1,9から一般的に推定される。ハウヴェこれらの方法は、各画像スタックに対して複数のパラメータの最適化を必要とし、機械的振動などの短い時間スケールでステージの動きを説明することができない。金ナノ粒子と多色蛍光ビーズは、SMLMの基準マーカーとして使用されてきましたが、光安定性ではなく、ドリフト補正後に使用された窒素空孔中心蛍光ナノダイヤモンド（FND） madSTORM 10で 。 回折限界に加えて、光学顕微鏡法はスペクトル限界によってさらに制限される。複数のターゲットを同時に視覚化するには、重複しないスペクトルプロファイルを有する蛍光プローブが必要であり、一般に、蛍光ベースの光学顕微鏡法を6色に、SMLMを2-3色にそれぞれ制限する（4,11,12）。さらに、非線形色収差は、多色画像の不整合を引き起こし、w多色の基準マーカー8,13を用いて広範囲のアライメント手順を必要とする。これらの限界を克服するために、以前の研究では、連続的に結合した蛍光体14,15,16,17,18,19の繰り返しの光退色または化学的消光を用いて複数の標的を画像化した。これらの方法は顕微鏡法のスペクトル限界を克服することができるが、蛍光漂白は有毒なプロセス20であることが知られており、漂白または消光の長期化は架橋の損失などの望ましくない副作用を引き起こす可能性がある。さらに、蛍光プローブの蓄積は、試料中の結合部位の立体的なブロッキングをもたらし、エピトープの大規模な多重化および頑強な標的化を妨げる可能性がある。このような立体的な干渉を避けるために、自由に拡散するタンパク質断片の確率的交換を用いて多重化を達成した21 。この方法は細胞構造の高密度標識化を可能にするが、ペプチド断片を単離するための広範な生化学的調製を必要とし、単一分子位置を特定することができず、市販のプローブを用いた大規模多重化を容易に促進しない。我々は、多重化、抗体サイズ限定dSTORM（madSTORM）イメージング、および正確なドリフト補正およびアライメントを達成するための蛍光ナノダイヤモンドの使用のための蛍光抗体の順次結合および溶出を記載する詳細なビデオプロトコルを提示する。

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="598">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:269px;">8 well coverslip chamber</td>
			<td style="width:117px;">Lab-tek</td>
			<td style="width:124px;">155409</td>
			<td style="width:88px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">0.1% Poly-L-Lysine solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P8920</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">NV-100nm Fluorescent Nano-diamond</td>
			<td>Adamas</td>
			<td>Red FND</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">anti-CD3&#949; antibody</td>
			<td>BD Biosciences</td>
			<td>555329</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Bovine serum albumin, Fraction V</td>
			<td>KSE Scientific</td>
			<td>98-100P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Triton-X</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T9284</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">10% Paraformaldehyde</td>
			<td>EMS</td>
			<td>15712</td>
			<td>Carcinogen</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Gelatin from fresh water fish skin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G7041</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Alexa 647 antibody labeling kit</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>A20186</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Magnesium Chloride hexahydrate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>138924</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">PIPES</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P6757</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Tween-20</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>BP337-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">2-Mercaptoethanol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M7154</td>
			<td>Highly toxic, air sensitive</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cysteamine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>30070</td>
			<td>Highly toxic&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Cyclooctatetraene 98%</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>138924</td>
			<td>Highly toxic, air sensitive</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">10x PBS</td>
			<td>KD Medical</td>
			<td>RGF-3210</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">10x TBS</td>
			<td>KD Medical</td>
			<td>RGF-3385</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

highly multiplexed, super-resolution imaging of t cells using madstorm

単一分子局在化顕微鏡法を用いた画像化異種細胞構造は、不適切な局在精度および多重化能力によって妨げられている。蛍光ナノダイヤモンド基準マーカーを使用して、単一分子局在化顕微鏡法で高精度を得るために必要なドリフト補正およびアライメント手順を説明する。さらに、蛍光抗体の逐次結合および溶出を用いて複数の分子が同じ細胞内で標的化される新しい多重化戦略madSTORMが記載されている。 madSTORMは、T細胞受容体マイクロクラスターと呼ばれる膜結合多タンパク質構造内の異なる成分の位置を視覚化するために、活性化されたT細胞上で実証される。さらに、madSTORMのマルチタンパク質構造の可視化のための一般的なツールとしての応用について議論する。

連続的な溶出および染色法を使用して、活性化されたJurkat T細胞（ 図1 、検査図のアライメント）におけるマイクロクラスターおよび他の構造の多重化madSTORM画像を作製した。各疑似カラー画像は、ステップ1.1.1〜1.3.13で取得したmadSTORM画像の1ラウンドを表します。前に説明したように、多重標的間のクロストークを避けるために、視野は前の溶?...

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Highly Multiplexed, Super-resolution Imaging of T Cells Using madSTORM

我々は、蛍光標識された抗体の逐次結合および溶出を用いて、単一分子精度で異種ナノ構造内の複数の分子をイメージングする方法を実証する。

madSTORMを用いたT細胞の高度に多重化された超解像イメージング

Imaging heterogeneous cellular structures using single molecule localization microscopy has been hindered by inadequate localization precision and ...

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Research

JoVE Journal

Immunology and Infection

7.3K ビュー.  National Institutes of Health. 我々は、蛍光標識された抗体の逐次結合および溶出を用いて、単一分子精度で異種ナノ構造内の複数の分子をイメージングする方法を実証する。 

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Retroviral Transduction of T-cell Receptors in Mouse T-cells

T-cell receptors (TCRs) play a central role in the immune system. TCRs on T-cell surfaces can specifically recognize peptide antigens presented by antigen presenting cells (APCs)1. This recognition leads to the activation of T-cells and a series of functional outcomes (e.g. cytokine production, killing of the target cells). Understanding the functional role of TCRs is critical to harness the power of the immune system to treat a variety of immunology related diseases (e.g. cancer or autoimmunity).
It is convenient to study TCRs in mouse models, which can be accomplished in several ways. Making TCR transgenic mouse models is costly and time-consuming and currently there are only a limited number of them available2-4. Alternatively, mice with antigen-specific T-cells can be generated by bone marrow chimera. This method also takes several weeks and requires expertise5. Retroviral transduction of TCRs into in vitro activated mouse T-cells is a quick and relatively easy method to obtain T-cells of desired peptide-MHC specificity. Antigen-specific T-cells can be generated in one week and used in any downstream applications. Studying transduced T-cells also has direct application to human immunotherapy, as adoptive transfer of human T-cells transduced with antigen-specific TCRs is an emerging strategy for cancer treatment6.
Here we present a protocol to retrovirally transduce TCRs into in vitro activated mouse T-cells. Both human and mouse TCR genes can be used. Retroviruses carrying specific TCR genes are generated and used to infect mouse T-cells activated with anti-CD3 and anti-CD28 antibodies. After in vitro expansion, transduced T-cells are analyzed by flow cytometry.

We present a protocol to produce antigen-specific mouse T-cells using retroviral transduction

マウスT細胞におけるT細胞受容体のレトロウイルス導入

T-cell receptors (TCRs) play a central role in the immune system. TCRs on T-cell surfaces can specifically recognize peptide antigens presented by antigen ...

免疫・感染学

Ex vivo Imaging of T Cells in Murine Lymph Node Slices with Widefield and Confocal Microscopes

Na&iuml;ve T cells continuously traffic to secondary lymphoid organs, including peripheral lymph nodes, to detect rare expressed antigens. The migration of T cells into lymph nodes is a complex process which involves both cellular and chemical factors including chemokines. Recently, the use of two-photon microscopy has permitted to track T cells in intact lymph nodes and to derive some quantitative information on their behavior and their interactions with other cells. While there are obvious advantages to an in vivo system, this approach requires a complex and expensive instrumentation and provides limited access to the tissue. To analyze the behavior of T cells within murine lymph nodes, we have developed a slice assay 
1, originally set up by neurobiologists and transposed recently to murine thymus 2. In this technique, fluorescently labeled T cells are plated on top of an acutely prepared lymph node slice. In this video-article, the localization and migration of T cells into the tissue are analyzed in real-time with a widefield and a confocal microscope. The technique which complements in vivo two-photon microscopy offers an effective approach to image T cells in their natural environment and to elucidate mechanisms underlying T cell migration.

Ex vivo Imaging of T Cells in Murine Lymph Node Slices with Widefield and Confocal Microscopes

This protocol describes a method to image fluorescent T cells introduced into lymph node slices. The technique permits real-time analyses of T cell migration with traditional widefield fluorescence or confocal microscopes.

広視野と共焦点顕微鏡によるマウスリンパ節スライスにおけるT細胞のex vivoでのイメージング

Na&iuml;ve T cells continuously traffic to secondary lymphoid organs, including peripheral lymph nodes, to detect rare expressed antigens. The migration ...

Expansion of Human Peripheral Blood  &gamma;&delta; T Cells using Zoledronate

Human &gamma;&delta; T cells can recognize and respond to a wide variety of stress-induced antigens, thereby developing innate broad anti-tumor and anti-infective activity.1 The majority of &gamma;&delta; T cells in peripheral blood have the V&gamma;9V&delta;2 T cell receptor. These cells recognize antigen in a major histocompatibility complex-independent manner and develop strong cytolytic and Th1-like effector functions.1Therefore, &gamma;&delta; T cells are attractive candidate effector cells for cancer immunotherapy. V&gamma;9V&#x03B4;2 T cells respond to phosphoantigens such as (E)-4-hydroxy-3-methyl-but-2-enyl pyrophosphate (HMBPP), which is synthesized in bacteria via isoprenoid biosynthesis;2 and isopentenyl pyrophosphate (IPP), which is produced in eukaryotic cells through the mevalonate pathway.3 In physiological condition, the generation of IPP in nontransformed cell is not sufficient for the activation of &gamma;&delta; T cells. Dysregulation of mevalonate pathway in tumor cells leads to accumulation of IPP and &gamma;&delta; T cells activation.3 Because aminobisphosphonates (such as pamidronate or zoledronate) inhibit farnesyl pyrophosphate synthase (FPPS), the enzyme acting downstream of IPP in the mevalonate pathway, intracellular levels of IPP and sensitibity to &gamma;&delta; T cells recognition can be therapeutically increased by aminobisphosphonates. IPP accumulation is less efficient in nontransfomred cells than tumor cells with a pharmacologically relevant concentration of aminobisphosphonates, that allow us immunotherapy for cancer by activating &gamma;&delta; T cells with aminobisphosphonates. 4 Interestingly, IPP accumulates in monocytes when PBMC are treated with aminobisphosphonates, because of efficient drug uptake by these cells. 5 Monocytes that accumulate IPP become antigen-presenting cells and stimulate V&gamma;9V&delta;2 T cells in the peripheral blood.6 Based on these mechanisms, we developed a technique for large-scale expansion of &gamma;&delta; T cell cultures using zoledronate and interleukin-2 (IL-2).7 Other methods for expansion of &gamma;&delta; T cells utilize the synthetic phosphoantigens bromohydrin pyrophosphate (BrHPP)8 or 2-methyl-3-butenyl-1-pyrophosphate (2M3B1PP).9 All of these methods allow ex vivo expansion, resulting in large numbers of &gamma;&delta; T cells for use in adoptive immunotherapy. However, only zoledronate is an FDA-approved commercially available reagent. Zoledronate-expanded &gamma;&delta; T cells display CD27-CD45RA- effector memory phenotype and thier function can be evaluated by IFN-&gamma; production assay. 7

Expansion of Human Peripheral Blood  &#947;&#948; T Cells using Zoledronate

A method to expand &gamma;&delta; T cells from peripheral blood mononuclear cells (PBMC) is described. PBMC-derived &gamma;&delta; T cells are stimulated and expanded using zoledronate and interleukin-2 (IL-2). Large scale expansion of &gamma;&delta; T cells can be applied to autologous cellular immunotherapy of cancer.

ゾレドロネートを使用してヒト末梢血γδT細胞の拡大

Human &gamma;&delta; T cells can recognize and respond to a wide variety of stress-induced antigens, thereby developing innate broad anti-tumor and ...

Generation of Induced Regulatory T Cells from Primary Human Na&iuml;ve and Memory T Cells

The development and maintenance of immunosuppressive CD4+ regulatory T cells (Tregs) contribute to the peripheral tolerance needed to remain in immunologic homeostasis with the vast amount of self and commensal antigens in and on the human body. Perturbations in the balance between Tregs and inflammatory conventional T cells can result in immunopathology or cancer. Although therapeutic injection of Tregs has been shown to be efficacious in murine models of colitis1 , type I diabetes2 , rheumatoid arthritis and graft versus host disease,4 several fundamental differences in human versus mouse Treg biology5 has thus far precluded clinical use. The lack of sufficient number, purity, stability and homing specificity of therapeutic Tregs necessitated a dynamic platform of human Treg development on which to optimize conditions for their ex vivo expansion6.
Here we describe a method for the differentiation of induced Tregs (iTregs) from a single human peripheral blood donor which can be broken down into four stages: isolation of peripheral blood mononuclear cells, magnetic selection of CD4+ T cells, in vitro cell culture and fluorescence activated cell sorting (FACS) of T cell subsets. Since the Treg signature transcription factor forkhead box P3 (FoxP3) is an activation-induced transcription factor in humans7 and no other unique marker exists, a combinatorial panel of markers must be used to identify T cells with suppressor activity. After six days in culture, cells in our system can be demarcated into na&iuml;ve T cells, memory T cells or iTregs based on their relative expression of CD25 and CD45RA. As memory and na&iuml;ve T cells have different reported polarization requirements and plasticities8 , pre-sorting of the initial T cell population into CD45RA+ and CD45RO+ subsets can be used to examine these discrepancies. Consistent with others, our CD25HiCD45RA- iTregs express high levels of FoxP39 , GITR and CTLA-411 and low levels of CD12712 . Following FACS of each population, resultant cells can be used in a suppressor assay which evaluates the relative ability to retard the proliferation of carboxyfluorescein succinimidyl ester (CFSE)-labeled autologous T cells.

Generation of Induced Regulatory T Cells from Primary Human Na&#239;ve and Memory T Cells

We describe a method for generating regulatory, memory and na&#239;ve T cells from a single human blood donor. Polarized Tregs can be then compared to other subsets in a variety of genetic and functional applications with genetic homogeneity, including a suppression assay also detailed here.

初代ヒトナイーブおよびメモリーT細胞から誘導した調節性T細胞の生成

The development and maintenance of immunosuppressive CD4+ regulatory T cells (Tregs) contribute to the peripheral tolerance needed to remain in ...

Highly Resolved Intravital Striped-illumination Microscopy of Germinal Centers

Monitoring cellular communication by intravital deep-tissue multi-photon microscopy is the key for understanding the fate of immune cells within thick tissue samples and organs in health and disease. By controlling the scanning pattern in multi-photon microscopy and applying appropriate numerical algorithms, we developed a striped-illumination approach, which enabled us to achieve 3-fold better axial resolution and improved signal-to-noise ratio, i.e. contrast, in more than 100 &#181;m tissue depth within highly scattering tissue of lymphoid organs as compared to standard multi-photon microscopy. The acquisition speed as well as photobleaching and photodamage effects were similar to standard photo-multiplier-based technique, whereas the imaging depth was slightly lower due to the use of field detectors. By using the striped-illumination approach, we are able to observe the dynamics of immune complex deposits on secondary follicular dendritic cells &#8211; on the level of a few protein molecules in germinal centers.

High-resolution intravital imaging with enhanced contrast up to 120 &#181;m depth in lymph nodes of adult mice is achieved by spatially modulating the excitation pattern of a multi-focal two-photon microscope. In 100 &#181;m depth we measured resolutions of 487 nm (lateral) and 551 nm (axial), thus circumventing scattering and diffraction limits.

胚中心の高解像度生体内ストライプ照明顕微鏡

Monitoring cellular communication by intravital deep-tissue multi-photon microscopy is the key for understanding the fate of immune cells within thick ...

Averaging of Viral Envelope Glycoprotein Spikes from Electron Cryotomography Reconstructions using Jsubtomo

Enveloped viruses utilize membrane glycoproteins on their surface to mediate entry into host cells. Three-dimensional structural analysis of these glycoprotein &#8216;spikes&#8217; is often technically challenging but important for understanding viral pathogenesis and in drug design. Here, a protocol is presented for viral spike structure determination through computational averaging of electron cryo-tomography data. Electron cryo-tomography is a technique in electron microscopy used to derive three-dimensional tomographic volume reconstructions, or tomograms, of pleomorphic biological specimens such as membrane viruses in a near-native, frozen-hydrated state. These tomograms reveal structures of interest in three dimensions, albeit at low resolution. Computational averaging of sub-volumes, or sub-tomograms, is necessary to obtain higher resolution detail of repeating structural motifs, such as viral glycoprotein spikes. A detailed computational approach for aligning and averaging sub-tomograms using the Jsubtomo software package is outlined. This approach enables visualization of the structure of viral glycoprotein spikes to a resolution in the range of 20-40 &#197; and study of the study of higher order spike-to-spike interactions on the virion membrane. Typical results are presented for Bunyamwera virus, an enveloped virus from the family Bunyaviridae. This family is a structurally diverse group of pathogens posing a threat to human and animal health.

An approach is presented for determining structures of viral membrane glycoprotein complexes using a combination of electron cryo-tomography and sub-tomogram averaging with the computational package Jsubtomo.

Jsubtomoを用いた電子Cryotomography再建からのウイルスのエンベロープ糖タンパク質スパイクの平均化

Enveloped viruses utilize membrane glycoproteins on their surface to mediate entry into host cells. Three-dimensional structural analysis of these ...

Super-resolution Imaging of the Natural Killer Cell Immunological Synapse on a Glass-supported Planar Lipid Bilayer

The glass-supported planar lipid bilayer system has been utilized in a variety of disciplines. One of the most useful applications of this technique has been in the study of immunological synapse formation, due to the ability of the glass-supported planar lipid bilayers to mimic the surface of a target cell while forming a horizontal interface. The recent advances in super-resolution imaging have further allowed scientists to better view the fine details of synapse structure. In this study, one of these advanced techniques, stimulated emission depletion (STED), is utilized to study the structure of natural killer (NK) cell synapses on the supported lipid bilayer. Provided herein is an easy-to-follow protocol detailing: how to prepare raw synthetic phospholipids for use in synthesizing glass-supported bilayers; how to determine how densely protein of a given concentration occupies the bilayer's attachment sites; how to construct a supported lipid bilayer containing antibodies against NK cell activating receptor CD16; and finally, how to image human NK cells on this bilayer using STED super-resolution microscopy, with a focus on distribution of perforin positive lytic granules and filamentous actin at NK synapses. Thus, combining the glass-supported planar lipid bilayer system with STED technique, we demonstrate the feasibility and application of this combined technique, as well as intracellular structures at NK immunological synapse with super-resolution.

We describe here a combination of the glass-supported lipid bilayer technique of forming immunological synapses with the super-resolution imaging technique of stimulated emission depletion (STED) microscopy. The goal of this protocol is to provide users with the instructions necessary to successfully carry out these two techniques.

グラスサポート平面脂質二重層上のナチュラルキラー細胞免疫シナプスの超解像イメージング

The glass-supported planar lipid bilayer system has been utilized in a variety of disciplines. One of the most useful applications of this technique has ...

Cortical Actin Flow in T Cells Quantified by Spatio-temporal Image Correlation Spectroscopy of Structured Illumination Microscopy Data

Filamentous-actin plays a crucial role in a majority of cell processes including motility and, in immune cells, the formation of a key cell-cell interaction known as the immunological synapse. F-actin is also speculated to play a role in regulating molecular distributions at the membrane of cells including sub-membranous vesicle dynamics and protein clustering. While standard light microscope techniques allow generalized and diffraction-limited observations to be made, many cellular and molecular events including clustering and molecular flow occur in populations at length-scales far below the resolving power of standard light microscopy. By combining total internal reflection fluorescence with the super resolution imaging method structured illumination microscopy, the two-dimensional molecular flow of F-actin at the immune synapse of T cells was recorded. Spatio-temporal image correlation spectroscopy (STICS) was then applied, which generates quantifiable results in the form of velocity histograms and vector maps representing flow directionality and magnitude. This protocol describes the combination of super-resolution imaging and STICS techniques to generate flow vectors at sub-diffraction levels of detail. This technique was used to confirm an actin flow that is symmetrically retrograde and centripetal throughout the periphery of T cells upon synapse formation.

To investigate flow velocities and directionality of filamentous-actin at the T cell immunological synapse, live-cell super-resolution imaging is combined with total internal reflection fluorescence and quantified with spatio-temporal image correlation spectroscopy.

構造化照明顕微鏡データの時空間画像相関分光法により定量化したT細胞における皮質アクチンの流れ

Filamentous-actin plays a crucial role in a majority of cell processes including motility and, in immune cells, the formation of a key cell-cell ...

In Vitro Differentiation of Human CD4+FOXP3+ Induced Regulatory T Cells (iTregs) from Na&#239;ve CD4+ T Cells Using a TGF-&#946;-containing Protocol

Regulatory T cells (Tregs) are an integral part of peripheral tolerance, suppressing immune reactions against self-structures and thus preventing autoimmune diseases. Clinical approaches to adoptively transfer Tregs, or to deplete Tregs in cancer, are underway with promising first outcomes. 
Because the number of naturally occurring Tregs (nTregs) is very limited, studying certain Treg features using in vitro induced Tregs (iTregs) can be advantageous. To date, the best although not absolutely specific protein marker to delineate Tregs is the transcription factor FOXP3. Despite the importance of Tregs including non-redundant roles of peripherally induced Tregs, the protocols to generate iTregs are currently controversial, particularly for human cells. This protocol therefore describes the in vitro differentiation of human CD4+FOXP3+ iTregs from human na&#239;ve T cells using a range of Treg-inducing factors (TGF-&#946; plus IL-2 only, or their combination with retinoic acid, rapamycin or butyrate) in parallel. It also describes the phenotyping of these cells by flow cytometry and qRT-PCR. 
These protocols result in reproducible expression of FOXP3 and other Treg signature genes and enable the study of general FOXP3-regulatory mechanisms as well as protocol-specific effects to delineate the impact of certain factors. iTregs can be utilized to study various phenotypic aspects as well as molecular mechanisms of Treg induction. Detailed molecular studies are facilitated by relatively large cell numbers that can be obtained. 
A limitation for the application of iTregs is the relative instability of FOXP3 expression in these cells compared to nTregs. iTregs generated by these protocols can also be used for functional assays such as studying their suppressive function, in which iTregs induced by TGF-&#946; plus retinoic acid and rapamycin display superior suppressive activity. However, the suppressive capacity of iTregs can differ from nTregs and the use of appropriate controls is crucial.

This protocol describes the reproducible generation and phenotyping of human induced regulatory T cells (iTregs) from na&#239;ve CD4+ T cells in vitro. Different protocols for FOXP3 induction allow for the study of specific iTreg phenotypes obtained with respective protocols.

TGF-βを含むプロトコルを使用したナイーブCD4 + T細胞からのヒトCD4 + FOXP3 +誘導された調節性T細胞（iTregs）のインビトロ分化における

Regulatory T cells (Tregs) are an integral part of peripheral tolerance, suppressing immune reactions against self-structures and thus preventing ...

Measurement of T Cell Alloreactivity Using Imaging Flow Cytometry

The measurement of immunological reactivity to donor antigens in transplant recipients is likely to be crucial for the successful reduction or withdrawal of immunosuppression. The mixed leukocyte reaction (MLR), limiting dilution assays, and trans-vivo delayed-type hypersensitivity (DTH) assay have all been applied to this question, but these methods have limited predictive ability and/or significant practical limitations that reduce their usefulness. Imaging flow cytometry is a technique that combines the multiparametric quantitative powers of flow cytometry with the imaging capabilities of fluorescent microscopy. We recently made use of an imaging flow cytometry approach to define the proportion of recipient T cells capable of forming mature immune synapses with donor antigen-presenting cells (APCs). Using a well-characterized mouse heart transplant model, we have shown that the frequency of in vitro immune synapses among T-APC membrane contact events strongly predicted allograft outcome in rejection, tolerance, and a situation where transplant survival depends on induced regulatory T cells. The frequency of T-APC contacts increased with T cells from mice during acute rejection and decreased with T cells from mice rendered unresponsive to alloantigen. The addition of regulatory T cells to the in vitro system reduced prolonged T-APC contacts. Critically, this effect was also seen with human polyclonally expanded, naturally occurring regulatory T cells, which are known to control the rejection of human tissues in humanized mouse models. Further development of this approach may allow for a deeper characterization of the alloreactive T-cell compartment in transplant recipients. In the future, further development and evaluation of this method using human cells may form the basis for assays used to select patients for immunosuppression minimization, and it can be used to measure the impact of tolerogenic therapies in the clinic.

This paper describes a method for measuring alloreactivity in a mixed population of T cells using imaging flow cytometry.

イメージングフローサイトメトリーを使用したT細胞同種反応性の測定

The measurement of immunological reactivity to donor antigens in transplant recipients is likely to be crucial for the successful reduction or withdrawal ...