JoVE 비디오를 활용하시려면 도서관을 통한 기관 구독이 필요합니다. 전체 비디오를 보시려면 로그인하거나 무료 트라이얼을 시작하세요.
Method Article
무지개 유사 라만 염료의 전자 사전 공명 자극 라만 산란 (epr-SRS) 이미징은 고도로 다중화 된 에피토프 기반 단백질 이미징을위한 새로운 플랫폼입니다. 여기에서는 항체 준비, 조직 샘플 염색, SRS 현미경 어셈블리 및 epr-SRS 조직 이미징을 포함한 실용적인 가이드를 제시합니다.
조직에서 특정 바이오마커의 광대 한 범위를 시각화하는 것은 복잡한 생물학적 시스템의 복잡한 조직을 탐구하는 데 중요한 역할을합니다. 따라서 고도로 다중화된 이미징 기술이 점점 더 높이 평가되고 있습니다. 여기에서, 우리는 무지개와 같은 라만 염료의 전자 사전 공명 자극 라만 산란 (epr-SRS) 이미징을 통해 표준 면역 형광에 필적하는 감도를 가진 특정 단백질의 고도로 다중화 된 진동 이미징의 새로운 플랫폼을 설명합니다. 이 방법은 종래의 면역형광에서 분광적으로 분해가능한 채널의 한계를 우회하고, 아세포 분해능을 갖는 조직에서 다중 마커를 심문하기 위한 원샷 광학 접근법을 제공한다. 일반적으로 파라포름알데히드-고정 조직, 동결 조직, 및 포르말린-고정 파라핀 포매(FFPE) 인간 조직을 포함하는 표준 조직 제제와 양립가능하다. 우리는이 플랫폼이 생물학적 표본의 단백질 상호 작용, 특히 두꺼운 손상되지 않은 조직에 대한보다 포괄적 인 그림을 제공 할 것으로 기대합니다. 이 프로토콜은 항체 준비에서 조직 샘플 염색, SRS 현미경 어셈블리, epr-SRS 조직 이미징에 이르는 워크플로우를 제공합니다.
복잡한 조직 시스템은 공간적 위치와 상호 작용 네트워크가 기능 및 기능 장애 1,2와 깊이 얽혀있는 별개의 세포 하위 집단으로 구성됩니다. 조직 구조를 밝히고 복잡성을 조사하기 위해서는 단일 세포 분해능에서 단백질의 공간적 위치에 대한 지식이 필수적입니다. 따라서 고도로 다중화 된 단백질 이미징 기술은 점점 더 높이 평가되어 조직 생물학 3,4,5을 연구하기위한 초석이 될 수 있습니다. 현재의 일반적인 다중화 단백질 이미징 방법은 크게 두 가지 범주로 분류할 수 있다. 하나는 여러 차례의 조직 염색 및 이미징에 의존하는 직렬 면역 형광 이미징이고, 다른 하나는 중금속 태깅 항체 6,7,8,9,10,11,12와 결합 된 질량 세포 측정법을 이미징하는 것입니다.
여기서, 다중화된 항체 기반 단백질 이미징을 위한 대안적인 전략이 도입된다. 광범위한 여기 및 방출 스펙트럼 (절반 최대 (FWHM) ~ 500cm-1에서 전체 너비)으로 인해 4-5 채널을 동시에 시각화 할 수있는 널리 퍼진 형광 이미징 양식과 달리 라만 현미경은 훨씬 좁은 스펙트럼 선폭 (FWHM ~ 10cm-1)을 나타내므로 확장 가능한 다중성을 제공합니다. 최근에, 좁은 스펙트럼을 이용함으로써, 전자 사전 공명 자극 라만 산란 (epr-SRS) 현미경이라는 라만 현미경의 새로운 계획이 개발되어 다중화 이미징(13)에 대한 강력한 전략을 제공한다. epr-SRS는 라만 염료의 전자 결합 진동 모드를 조사함으로써 라만 단면에서 10,13배의 과감한 향상 효과를 달성하고 기존 라만 현미경의 감도 병목 현상을 극복합니다(그림 1A)13,14,15. 그 결과, epr-SRS의 검출 한계는 sub-μM로 밀려났으며, 이는 세포 내부의 특정 단백질 및 소기관과 같은 흥미로운 분자 마커의 라만 검출을 가능하게 한다(13,16). 특히, 라만 염료-접합된 항체를 이용하여, 세포 및 조직에서 특정 단백질의 epr-SRS 이미징 (면역-eprSRS로 불림)은 표준 면역형광에 대한 필적할만한 민감성으로 입증되었다 (도 1B)13,17. 펌프 파장을 2nm만 튜닝하면 epr-SRS 신호가 완전히 꺼지며(그림 1B), 높은 진동 대비를 보여줍니다.
프로브 측에서는 항체 접합을 위해 맨해튼 라만 산란 (MARS) 염료라고 불리는 무지개와 같은 라만 프로브 세트가 개발되었습니다13,18,19,20. 이 독특한 라만 팔레트는 π 공액 삼중 결합(보충 재료)을 담은 새로운 염료로 구성되며, 각각은 생체 직교 라만 스펙트럼 범위에서 단일의 좁은 epr-SRS 피크를 표시합니다(그림 1C). 코어 발색단의 구조를 변형시키고 삼중 결합(Supplementary Material)의 두 원자를 동위원소적으로 편집함으로써, 분광적으로 분리된 라만 프로브가 개발되었다. 확장 가능한 다중성을 활용하여 MARS 염료 팔레트와 결합된 epr-SRS 현미경은 세포 및 조직에서 원샷 멀티플렉스 단백질 이미징을 위한 광학 전략을 제공합니다.
Immuno-eprSRS는 독특한 강점을 가진 현재의 멀티플렉스 단백질 이미징 방법에 대한 대안적인 전략을 제공합니다. 순환 염색, 이미징 및 신호 제거를 통한 형광 접근법과 비교할 때, 이 Raman 기반 플랫폼은 단일 라운드 염색 및 이미징을 보장합니다. 따라서 순환 절차의 실질적인 복잡성을 피하고 프로토콜을 크게 단순화하여 다중화 된 단백질 이미징의 새로운 영역을 열어줍니다. 예를 들어, 라만-염료-맞춤형 조직 제거 프로토콜을 이용하여, 면역-eprSRS는 두꺼운 온전한 조직(17)에서 고도로 다중화된 단백질 매핑을 위해 세 차원으로 확장되었다. 10개 이상의 단백질 표적이 밀리미터 두께의 마우스 뇌 조직(17)을 따라 시각화되었다. 보다 최근에, 면역-eprSRS를 최적화된 생체분자-보유 확장 현미경(ExM) 프로토콜(21)과 결합시켜, 다중 표적의 원샷 나노스케일 이미징도 입증되었다(22). 이미징 질량 분광법4,9와 비교할 때, epr-SRS는 비파괴적이며 본질적으로 광학 단면화 능력을 가지고 있습니다. 또한, epr-SRS는 조직 스캔에서 더 시간 효율적입니다. 전형적으로, 0.5 μm의 픽셀 크기를 갖는0.25 mm2의 조직 영역은 단일 epr-SRS 채널에 대해 이미지화하는 데 단지 몇 분이 걸린다. 예를 들어, 도 4에서 4개의 SRS 채널과 4개의 형광 채널의 총 이미징 시간은 약 10분이다.
이 프로토콜은 컬럼비아 대학의 기관 동물 관리 및 사용위원회에서 승인 한 동물 실험 프로토콜 (AC-AABD1552)에 따라 수행되었습니다.
1. 라만-염료-컨쥬게이션된 항체의 제조
2. 조직 샘플 준비
3. 조직 면역-eprSRS 염색
4. SRS 현미경 집합
참고: 상용 공초점 형광 시스템은 SRS-형광 이미징과 함께 사용됩니다. 더 많은 설명은 이전 보고서(17)에서 찾을 수 있다. 이 프로토콜은 협대역 여기를 사용하는 SRS 이미징 측면에 초점을 맞출 것이다.
5. 이미지 수집 및 분석
도 3은 고정된 세포(도 3A), 파라포름알데히드(PFA)-고정된 마우스 조직(도 3B), 및 포르말린-고정 파라핀 포매(FFPE) 인간 표본(도 3C)을 포함하는 상이한 샘플에서의 epr-SRS의 예시적인 이미지를 도시한다. SRS 현미경의 공간 분해능은 회절 제한이며, 일반적인 측방향 분해능은 ~ 300nm이며, 축 분해능은 여기를 위해 ...
여기에서, 우리는 갓 보존된 마우스 조직, FFPE 인간 조직 및 동결된 마우스 조직을 포함하는 일반적인 조직 유형에 광범위하게 적용 가능한 면역-eprSRS 프로토콜을 제시한다. 면역-eprSRS는 표 1에 열거된 바와 같이 세포 및 조직에서 에피토프의 패널에 대해 검증되었다. 이 원샷 플랫폼은 순환 전략이 잘 작동하지 않는 응용 분야에 특히 적합합니다. 예를 들어, 순환 형광은 3D 면역 표지?...
저자는 공개 할 것이 없습니다.
마우스 췌장 조직을 제공해주신 Ruth A. Singer와 Richard K.P. Benninger에게 감사드립니다. W.M.은 NIH R01 (GM128214), R01 (GM132860), R01 (EB029523) 및 미국 육군 (W911NF-19-1-0214)의 지원을 인정합니다.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
16% Paraformaldehyde, EM Grade | Electron Microscopy Sciences | 15710 | |
α-tubulin | Abcam | ab18251 | Primary antibodies |
α-tubulin | BioLegend | 625902 | Primary antibodies |
β-III-tubulin | BioLegend | 657402 | Primary antibodies |
β-III-tubulin | Abcam | ab41489 | Primary antibodies |
β-tubulin | Abcam | ab131205 | Primary antibodies |
Agarose, low gellling temperature | Sigma Aldrich | A9414 | For brain embedding |
Anti-a-tubulin antibody produced in rabbit (α-tubulin) | Abcam | ab52866 | Primary antibodies |
Anti-Calbindin antibody produced in mouse (Calbindin) | Abcam | ab82812 | Primary antibodies |
Anti-GABA B receptor R2 antibody produced in guinea pig (GABA B receptor R2) | Millipore Sigma | AB2255 | Primary antibodies |
Anti-GFAP antibody produced in goat (GFAP) | Thermo Scientific | PA5-18598 | Primary antibodies |
Anti-Glucagon antibody produced in mouse (Glucagon) | Santa Cruz Biotechnology | sc-514592 | Primary antibodies |
Anti-insulin antibody produced in guinea pig (insulin) | DAKO | IR00261-2 | Primary antibodies |
Anti-MBP antibody produced in rat (MBP) | Abcam | ab7349 | Primary antibodies |
Anti-NeuN antibody produced in rabbit (NeuN) | Thermo Scientific | PA5-78639 | Primary antibodies |
Anti-Pancreatic polypeptide (PP) antibody produced in goat- Pancreatic polypeptide (PP) | Sigma Aldrich | SAB2500747 | Primary antibodies |
Anti-Pdx1 antibody produced in rabbit (Pdx1) | Milipore | 06-1379 | Primary antibodies |
Anti-Somatostatin antibody produced in rat (Somatostatin) | Abcam | ab30788 | Primary antibodies |
Anti-Vimentin antibody produced in chicken (Vimentin) | Abcam | ab24525 | Primary antibodies |
Band-pass filter | KR Electronics | KR2724 | 8 MHz |
BNC 50 Ohm Terminator | Mini Circuits | STRM-50 | |
BNC cable | Thorlabs | 2249-C | Coaxial Cable, BNC Male / Male |
Broadband dielectric mirror | Thorlabs | BB1-E03 | 750 - 1100 nm |
C57BL/6J mice | Jackson Laboratory | 000664 | |
Centrifuge | |||
Condenser | Olympus | oil immersion, 1.4 N.A. | |
Cytokeratin 18 | Abcam | ab7797 | Primary antibodies |
Cytokeratin 18 | Abcam | ab24561 | Primary antibodies |
DC power supply | TopWard | 6302D | Bias voltage is 64 V |
Dichroic mount | Thorlabs | KM100CL | Kinematic Mount for up to 1.3" (33 mm) Tall Rectangular Optics, Left Handed |
Donkey anti-Chicken IgY (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 703-005-155 | Secondary antibodies for MARS conjugation |
Donkey anti-Goat IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 705-005-147 | Secondary antibodies for MARS conjugation |
Donkey anti-Guinea Pig IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 706-005-148 | Secondary antibodies for MARS conjugation |
Donkey anti-Mouse IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 715-005-151 | Secondary antibodies for MARS conjugation |
Donkey anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 711-005-152 | Secondary antibodies for MARS conjugation |
Donkey anti-Rat IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 712-005-153 | Secondary antibodies for MARS conjugation |
Donkey anti-Sheep IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 713-005-147 | Secondary antibodies for MARS conjugation |
DPBS | Fisher Scientific | 14-190-250 | |
EpCAM | Abcam | ab71916 | Primary antibodies |
Ethanol | Sigma Aldrich | 443611 | |
Fast-speed look-in amplifier | Zurich Instruments | HF2LI | DC - 50 MHz |
FFPE Kidney Sample | USBiomax | HuFPT072 | |
Fibrillarin | Abcam | ab5821 | Primary antibodies |
Giantin | Abcam | ab24586 | Primary antibodies |
Glucagon | Santa Cruz Biotechnology | sc-514592 | Primary antibodies |
H2B | Abcam | ab1790 | Primary antibodies |
HeLa | ATCC | ATCC CCL-2 | |
High O.D. bandpass filter | Chroma Technology | ET890/220m | Filter the Stokes beam and transmit the pump beam |
Hydrophobic pen | Fisher Scientific | NC1384846 | |
Insulin | ThermoFisher | 701265 | Primary antibodies |
Integrated SRS laser system | Applied Physics & Electronics, Inc. | picoEMERALD | picoEMERALD provides an output pulse train at 1,064 nm with 6-ps pulse width and 80-MHz repetition rate, which serves as the Stokes beam. The frequency doubled beam at 532 nm is used to synchronously seed a picosecond optical parametric oscillator (OPO) to produce a mode-locked pulse train with five~6 ps pulse width (the idler beam of the OPO is blocked with an interferometric filter). The output wavelength of the OPO is tunable from 720–950 nm, which serves as the pump beam. The intensity of the 1,064-nm Stokes beam is modulated sinusoidally by a built-in EOM at 8 MHz with a modulation depth of more than 90%. The pump beam is spatially overlapped with the Stokes beam by using a dichroic mirror inside picoEMERALD. The temporal overlap between pump and Stokes pulse trains is achieved with a built-in delay stage and optimized by the SRS signal of pure D2O at the microscope. |
Inverted laser-scanning microscope | Olympus | FV1200MPE | |
Kinematic mirror mount | Thorlabs | POLARIS-K1-2AH | 2 Low-Profile Hex Adjusters |
Lectin from Triticum vulgaris (wheat) | Sigma Aldrich | L0636-5 mg | |
Long-pass dichroic beam splitter | Semrock | Di02-R980-25x36 | 980 nm laser BrightLine single-edge laser-flat dichroic beamsplitter |
MAP2 | BioLegend | 801810 | Primary antibodies |
Microscopy imaging software | Olympus | FluoView | |
NanoQuant Plate | Tecan | For absorbance-based, small volume analyses in a plate reader. | |
Normal donkey serum | Jackson ImmunoResearch | 017-000-121 | |
NucBlue Fixed Cell ReadyProbes Reagent (DAPI) | Thermo Scientific | R37606 | |
Nunc 4-Well Dishes | Fisher Scientific | 12-566-300 | |
Objective lens | Olympus | XLPlan N | x25, 1.05-NA, MP, working distance = 2 mm |
Paint brush | |||
Periscope assembly | Thorlabs | RS99 | includes the top and bottom units, Ø1" post, and clamping fork. |
pH meter | |||
Plate reader | Tecan | Infinite 200 PRO | An easy-to-use multimode plate reader. Absorbance measurement capabilities over a spectral range of 230–1000 nm. |
ProLong Gold antifade reagent | Thermo Scientific | P36930 | |
PSD95 | Invitrogen | 51-6900 | Primary antibodies |
Sephadex G-25 Medium | GE Life Sciences | 17-0033-01 | gel filtration resin for desalting and buffer exchange |
Shielded box with BNC connectors | Pomona Electronics | 2902 | Aluminum Box With Cover, BNC Female/Female |
Si photodiode | Thorlabs | FDS1010 | 350–1100 nm, 10 mm x 10 mm Active Area |
Synapsin 2 | ThermoFisher | OSS00073G | Primary antibodies |
Tissue Path Superfrost Plus Gold Slides | Fisher Scientific | 22-035813 | Adhesive slide to attract and chemically bond fresh or formalin-fixed tissue sections firmly to the slide surface (tiisue bindling glass slides) |
Triton X-100 | Fisher Scientific | BP151-500 | |
Vibratome | Leica | VT1000 | |
Vimentin | Abcam | ab8069 | Primary antibodies |
Xylenes | Sigma Aldrich | 214736 |
JoVE'article의 텍스트 или 그림을 다시 사용하시려면 허가 살펴보기
허가 살펴보기This article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. 판권 소유