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Resumo

Here, a novel quantitative fluorescence assay is developed to measure changes in the level of a protein specifically at centrosomes by normalizing that protein’s fluorescence intensity to that of an appropriate internal standard.

Resumo

Centrossomas são pequenas, mas importantes organelas que servem como os pólos do fuso mitótico para manter a integridade genômica ou montar cílios para facilitar funções sensoriais nas células. O nível de uma proteína pode ser regulado de forma diferente em centrossomas do que em outros locais .cellular, e a variação no nível centrosomal de várias proteínas em diferentes pontos do ciclo celular parece ser crucial para a regulação correcta da montagem centriole. Foi desenvolvido um ensaio de microscopia de fluorescência quantitativa que mede as mudanças relativas no nível de uma proteína na centrossomas em células fixadas a partir de diferentes amostras, tais como em diferentes fases do ciclo celular, ou após tratamento com vários reagentes. O princípio deste ensaio encontra-se na medição da intensidade de fluorescência de fundo corrigido correspondente a uma proteína com uma pequena região, e que normalizar medição contra o mesmo para uma outra proteína que não varia no âmbito do c experimental escolhidoondition. Utilizando este ensaio, em combinação com BrdU de pulso e caça estratégia para estudar os ciclos celulares não perturbados, temos quantitativamente validado nossa observação recente de que o conjunto de centrosomal VDAC3 é regulada a centrossomas durante o ciclo celular, provavelmente pela degradação mediada por proteassoma especificamente em centrossomas.

Introdução

Centrossomas consistem em um par de centríolos cercados por material de pericentriolar (PCM). Sendo os principais centros de microtúbulos organizadoras (MTOCs) em células de mamíferos, centrosomes servem como os dois pólos de fusos mitóticos em células em divisão, e, assim, ajudar a manter a integridade genômica 1. Em células quiescentes (por exemplo, durante a fase G0), um dos dois centrioles do centrossoma, a saber, a centriole mãe, é transformado em um corpo de base, ao montar o cílio primário, um organelo sensorial salientes para fora a partir da superfície de células 2. Uma vez que as células re-entrar no ciclo celular, os cílios são desmontados e cada centriole dirige a montagem de um procentriole na sua extremidade proximal que, gradualmente, se alonga para formar um centriole 3 madura. No início da fase S, uma estrutura semelhante a cambalhota que fornece a simetria de 9 vezes para a centriole é formada sobre a superfície de cada centriole existente e irá tornar-se a base de cada procentriole. SAS6 tchapéu é indispensável para a montagem centríolo é recrutado para formar o cubo da roda de carroça 4-6. Outras proteínas centriolar são então montados para a cambalhota em um ambiente altamente regulado, proximal para distal maneira 7. Depois de completar precisamente duplicação centríolo, células montar materiais pericentriolar adicionais para construir dois centrossomas funcionais até o final da fase G2 8. Em adição aos componentes principais centriolar 9-11, várias outras proteínas, incluindo cinases, fosfatases, chaperones, componentes de andaime, proteínas de membrana associadas a degradação e máquinas estão associados com centrioles, corpos basais e PCM em alturas diferentes do ciclo celular 12-16. Ele é frequentemente observado que os níveis de centrosomal muitas proteínas são temporalmente regulados por mecanismos de segmentação centrosomal e / ou degradação no proteossómica centrossomas. É importante ressaltar que as flutuações no nível centrosomal de várias proteínas, como Plk4, MPS1, SAS6 e CP110 umt diferentes pontos do ciclo celular parece ser crucial para regular montagem centriole 5,17-22, e no caso de MPS1 prevenir essa degradação centrosomal leva à formação de um excesso de 19 centrioles. Por outro lado, as fracções centrosomal de várias proteínas são menos lábeis em relação a piscinas citosólicas. Por exemplo siRNA mediada down-regulação da Centrin 2 (Cetn2) levou a apenas uma diminuição moderada do nível de proteína nas centrioles apesar de grande redução em toda a sua níveis de células 23. É, portanto, essencial para medir as mudanças no nível de proteínas centrosomal no centrosome em vez de medir os níveis de proteínas inteiras celular ao avaliar suas funções específicas do centrossoma.

Neste estudo foi desenvolvido um ensaio utilizando imunofluorescência indireta (IFI) para quantificar o nível relativo de uma proteína no centrosomes. Este ensaio é desenvolvido particularmente para analisar as células que são a partir de diferentes amostrase, portanto, não pode ser trabalhada ao mesmo tempo. Estas amostras podem ser células que foram tratadas com diferentes reagentes (isto é, a droga versus controlo), recolhidas a diferentes pontos de tempo (isto é, contra perseguição de impulso), ou estão em diferentes fases do ciclo celular. O princípio deste ensaio encontra-se na medição da intensidade de fluorescência de fundo corrigido correspondente a uma proteína com uma região pequena e para normalizar o valor contra o mesmo para uma outra proteína cujos níveis não variam de acordo com as condições experimentais escolhidas. Vários estudos em biologia do centrossoma recentemente utilizados várias técnicas de microscopia quantitativa, em ambas as células vivas ou fixadas, para determinar a função específica do centrossoma de proteínas candidatas 24-27. Semelhante aos ensaios, a presente técnica também mede a intensidade de fluorescência de fundo corrigido da proteína a testar. No entanto, a inclusão da normalização utilizando um padrão interno no presente ensaio seria provável oferecer maiorprecisão e confiança na análise de duas amostras diferentes que estão em duas lamelas diferentes. Além disso, em adição ao exame do nível de proteína no centrossomas, com pequenos ajustes este método pode ser aplicado a um conjunto diversificado de condições experimentais ou em outros locais celulares.

Aqui, nós combinamos nosso ensaio microscopia quantitativa, com uma estratégia de pulso-chase BrdU para comparar as células de diferentes fases do ciclo celular. Em vez de utilizar técnicas de paragem do ciclo celular e padrão de libertação para o estudo de vários pontos de tempo do ciclo celular, as células que crescem de forma assíncrona são incubadas com BrdU para marcar as células em fase S, e as células marcadas são perseguidos durante vários tempos (tipicamente 4-6 h). A maioria das células marcadas estará em fase S imediatamente após o pulso. O comprimento da perseguição é escolhida de modo que após a perseguição, células marcadas será no final de S, G2 ou mitose, o que pode ser verificado por características morfológicas, tais como- posição de centrossomas no que diz respeito ao nuclei, a distância entre os centrossomas, condensação de cromossomas, etc. Assim, o comprimento da perseguição depende da duração média de S, G2 e M de fase num tipo de célula particular. Uma vez que esta abordagem evita a inibidores do ciclo celular, tais como a hidroxiureia, a afidicolina, nocodazol, etc, que permite uma análise mais fisiologicamente relevante do ciclo celular.

Assim, demonstramos aqui que o ensaio de microscopia de fluorescência quantitativa sozinho, ou em combinação com BrdU de pulso-caça ensaio, é uma técnica simples e poderosa para medir com precisão as mudanças relativas no nível centrosomal de uma proteína candidata durante um ciclo celular perturbado. Foi medido o nível de centrosomal VDAC3, uma proteína que, recentemente identificado em centrossomas além de mitocôndrias 16,28, utilizando estes ensaios. Os resultados obtidos aqui verificar a nossa observação anterior de que a piscina centrosomal de VDAC3 é regulada pela degradação, e também varia em um dependen ciclo celulart modo 16, além disso validando a aplicabilidade deste método.

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Protocolo

1. Cultura celular

  1. Use telomerase humana transcriptase reversa (hTERT) nas células epiteliais pigmentares da retina imortalizadas (hTERT-RPE1; referido aqui como RPE1).
    NOTA: células RPE1 são células humanas quase diplóides, não transformadas que são comumente usados ​​para estudar a montagem centríolo e ciliogênese. Estas células seguem um ciclo de duplicação centríolo normais coordenado com um ciclo celular regulamentado.
  2. Uma passagem quase confluentes 100 milímetros prato de cultura de células de células RPE1 a 1: 5 de diluição da cultura original para uma nova placa de 100 mm contendo 10 ml de meio DME / F-12 (1: 1) suplementado com 10% de Soro Fetal Bovino (FBS), 100 U / ml de penicilina G e 100 ug / ml de estreptomicina (meio completo é referido como DME / meio F-12). Crescer as células a 37 ° C na presença de 5% de CO 2.
    1. Incubar 12 milímetros lamelas de vidro redondas com 50 ml de HCl 1 N num copo de vidro coberto, S / N, sem agitação, a 60 ° C em um banho-maria ou incubadora.
    2. After descartando a solução de ácido, lavar as lamelas três vezes em 100 ml de água destilada, por incubação durante 15 minutos com agitação ocasional. Repetir a lavagem de modo semelhante em 70% de etanol e 95% de etanol.
    3. Secam-se as lamelas de cobertura, espalhando-os individualmente para fora em um papel mata-borrão em laboratório uma cabine de segurança biológica, seguido por esterilização por radiação UV durante 60 min.
  3. Coloque 2-4 lamelas secas em um 35 milímetros de cultura de células prato. Dilui-se a solução de fibronectina ou fibronectina como polímero de engenharia (concentração estoque de 1 mg / ml) para uma concentração de 25 ug / ml em cultura de células de PBS.
    1. Coloque 80-100 ul da solução diluída em cada lamela e incubar durante 60 min a revestir o lado superior da lamela. Lave as lamelas três vezes usando PBS antes de adicionar meio completo.

2. Células crescendo e tratamento de células com inibidores de proteassoma

  1. Passagem 2 x 10 5 assincronamente crescercélulas ing RPE1 em cada 35 milímetros prato contendo lamelas e crescer as células em 2 ml de meio completo. Substituir o meio de cultura a cada 24 horas com meio completo fresco pré-aquecido.
    1. Para analisar o efeito de inibição do proteassoma no nível centrosomal da proteína de teste (aqui VDAC3 ou γ-tubulina), crescem as células em dois pratos de 35 mm para 44 hr. Substituir o meio de cultura com meio completo e adicione ou MG115 ou DMSO como controlo do solvente a uma concentração final de 5 uM ou 0,05%, respectivamente. Ao mesmo tempo, adicionar BrdU para as células a uma concentração final de 40 uM e incubar as células durante 4 horas.
    2. Transferência de cada lamela em uma placa de 24 poços. Adicionar 500 mL de metanol arrefecido a cada poço e incubar a placa à temperatura de -20 ° C durante 10 minutos para fixar as células sobre as lamelas. Lavar imediatamente as lamelas três vezes com 500 ul de tampão de lavagem (1x PBS contendo 0,5 mM MgCl2 e 0,05% de Triton X-100).
  2. Colha o residualas células a partir da placa de 35 mm e centrifugação das células a 1000 xg durante 5 min. Usar o sedimento celular para avaliar a proteína total por Western blotting (passo 6).

3. BrdU de pulso e Chase Ensaio para analisar os níveis de proteínas em diferentes fases do ciclo celular

  1. Para analisar a variação do nível de uma proteína (aqui VDAC3, SAS6 ou Cep135) em centrossomas em diferentes fases do ciclo celular, as células crescer em dois pratos de 35 mm contendo lamelas de 44 horas. Substituir o meio de cultura com meio completo contendo 40 uM de BrdU e incubar as células durante 4 horas na incubadora de cultura de células.
  2. A partir de um prato, transferir as lamelas a uma placa de 24 poços para fixar as células utilizando metanol arrefecido tal como descrito no passo 2.1.2.
  3. Após o pulso de BrdU 4 h, remover o meio contendo BrdU, lave as células uma vez com PBS e uma vez com meio completo, adicionar meio fresco, e depois crescer as células na ausência de BrdU durante vários tempos (geralmente mais 4 hpara células RPE1) antes de fixar as células tal como descrito no passo 2.1.2.
    NOTA: Para as células RPE1, a maioria das células positivas para BrdU são em S tardia ou fase G2 após uma perseguição de 4 h. Isso deve ser determinada de forma independente para cada tipo de célula.

4. Immunostaining

  1. Incubar as células fixadas em lamelas em 200 ul de tampão de bloqueio (2% de BSA e 0,1% de Triton X-100 em PBS 1x), durante 30 min.
    1. Incubar as células com uma mistura de anticorpos primários (tipicamente uma produzidos em coelho e outra levantada em rato) diluído em tampão de bloqueio O / N a 4 ° C numa câmara humidificada.
    2. Para fazer uma câmara úmida, colocar uma toalha de papel molhado na metade inferior de uma caixa de ponta da pipeta vazio 1.000 l. Coloque uma tira de Parafilm na superfície da cremalheira, e detectar uma gota (15-20 ul) da solução de anticorpo para o Parafilm para cada lamela para ser incubados. Inverter uma lamela para uma gota de solução de anticorpo (de modo que as células estão imersos) e pertoa tampa da caixa de ponta.
    3. Inverta lamelas novamente e devolvê-los de volta para o 24 bem prato. Lavar as lamelas e, em seguida, incuba-los na mistura de 150 ul de anticorpo secundário (aqui corante conjugado anti-coelho verde-fluorescente e o corante vermelho fluorescente conjugado anti-rato diluído em tampão de bloqueio) durante 1 h à TA. Lavam-se as lamelas três vezes.
      NOTA: Os anticorpos secundários fluoróforos são sensíveis à luz. Proteja as amostras da luz durante os passos 4.1.3-5.1.2.
  2. Preparar para a coloração anti-BrdU por fixação das células coradas RPE1 novamente com 500 mL de metanol arrefecido a -20 ° C durante 10 min, tal como descrito no passo 2.1.2. Lavam-se as lamelas três vezes.
    NOTA: Este fixação prende a marcação com anticorpos primários e secundários da proteína (s) de interesse durante o processo de hidrólise ácida no passo seguinte.
    1. Incubar as células em 200 ul de HCI 2 N durante 30 min à TA. Neutraliza-se com 300 ul de 1 M de Tris-Cl, pH 8, umad lavar as células por três vezes com tampão de lavagem.
    2. Bloquear as células novamente usando 200 ul de tampão de bloqueio durante 30 minutos à temperatura ambiente.
    3. Incubar as células com anticorpo de rato anti-BrdU (diluído em tampão de bloqueio) durante 45 min a 37 ° C numa câmara humidificada. Devolver as lamelas de volta para o prato de 24 poços, lavá-los e depois incubar com o corante azul-anticorpo conjugado fluorescente anti-rato secundária (diluído em 150 ul de tampão de 24 poços prato de bloqueio durante 1 h à TA.
  3. Lavam-se as lamelas três vezes. Detectar uma gota (aproximadamente 3-6 L) de uma solução de montagem antifade contendo reagente sobre uma lâmina de vidro de microscópio. Inverter uma lamela, com o lado da célula a virada para baixo, para a solução de montagem. Limpe o excesso de líquido, pressionando suavemente a lamela contra o slide usando tecido de limpeza suave. Aplicar transparente unha polonês ao longo da borda da lamela para selá-lo para a lâmina de microscópio.

5. Imunofluorescência Imagem acquisition e Análise

  1. Utilize uma objectiva de imersão em óleo de 100X Plano Apo (com uma abertura numérica de 1,4) para adquirir as imagens de células positivas para BrdU RPE1 à temperatura ambiente.
    1. Coloque uma lâmina no microscópio (veja equipamentos) ligados com uma câmera capaz de imagem digital. Para cada fluoróforo, determinar o tempo de exposição apropriado (tipicamente entre 300-1,000 mseg) através do exame manualmente todas as amostras de uma experiência. Antes da aquisição de imagens de uma célula, determinar manualmente o topo do apropriado e plano focal inferior ao longo do eixo Z (tipicamente de 0,2 um tamanho de passo). Aquisição de imagens de diferentes amostras que estão em lamelas separadas, usando o tempo de exposição idênticos para diferentes fluoróforos ao longo do eixo Z, usando um pacote de software de imagem digital microscopia.
  2. Execute deconvolution (nesses casos, não usando nenhum algoritmo do vizinho) de todas as pilhas de imagens adquiridas ao longo do eixo Z.
    1. Obter a projeção total de intensidade de cada pilha de imagens ao longoo eixo Z.
  3. Nas células onde centrosomes estão próximos (distância entre dois centrossomas é inferior a 2 mm), desenhe um pequeno quadrado (tipicamente 20-30 pixels de cada lado) em torno de ambos os centrossomas e marcar a área selecionada.
    1. Desenhe um quadrado maior (tipicamente 24-35 pixels de cada lado) em torno do primeiro quadrado e marcar a área selecionada da grande praça.
    2. Obter a área (A) e a intensidade de fluorescência total (F) de cada fluoróforo em cada caixa (S indica a pequena caixa e L indica a caixa grande).
    3. Analisar o fundo corrigida intensidade de fluorescência de cada fluoróforo utilizando a fórmula descrita por Howell et al. 29: F = F S - [(F L - F S) x A S / (A L - A S)].
    4. Obter a intensidade de fluorescência normalizada da proteína de interesse (aqui VDAC3 ou SAS6) através do cálculo da razão entre a intensidade de fluorescência corrigida dos seus fl-fundouorophore ao do fluoróforo utilizado para o padrão interno escolhido (aqui γ-tubulina, ou SAS6 Cep135).
  4. No caso de análise de células, onde os centrossomas estão bem separadas (distância entre dois centrossomas é superior a 2 mm), analisar cada centrossoma separadamente por desenho dois conjuntos separados de caixas. Desenha um pequeno quadrado (tipicamente 15-25 pixels de cada lado) em torno de cada centrosome e marcar a área selecionada. Desenhe um quadrado maior (20-30 pixels de cada lado) em torno do primeiro quadrado e marcar a área selecionada.
    1. Obter a área (A) e a intensidade de fluorescência total (F) de cada fluoróforo em cada caixa, e calcular as intensidades de fluorescência de fundo corrigido de cada fluoróforo, separadamente para cada centrossoma, conforme descrito no passo 5.3.3.
    2. Combina-se as intensidades de fluorescência de fundo corrigido de cada uma das proteínas a partir das duas centrossomas para obter o nível centrosomal total de proteína em que essa célula.
    3. Obter aintensidade normalizada para a proteína de interesse por cálculo da razão da sua intensidade centrosomal total e intensidade centrosomal total do padrão interno.
  5. Analise pelo menos 15-25 células para cada condição experimental e traçar o gráfico em uma planilha.

6. Analisando proteína total Usando Western Blotting

  1. Ressuspender as células em tampão de ensaio de radioimunoprecipitação (RIPA) contendo 50 mM de Tris-HCl a pH 8, NaCl 150 mM, 1% de Nonidet P-40, 1% desoxicolato de sódio, 0,1% dodecilsulfato de sódio (SDS) e incubar durante 10 min em gelo para lisar as células.
    1. Centrifuga-se a mistura a 10.000 xg durante 10 min, separar o lisado a partir da fracção sedimento e medir a concentração de proteína total de cada lisado usando um ácido bicinconínico (BCA) Kit de ensaio.
  2. Misturar 40 ug de lisado 4x com tampão de carga de SDS-PAGE (50 mM Tris-Cl, pH 6,8, 2% SDS, 10% de glicerol, ditiotreitol 100 mM, 0,1% Bromophenol azul).
    1. Ferver as amostras durante 10 min e executar as amostras sobre um 12,5% de desnaturação de SDS-PAGE a uma voltagem constante de 200 V.
  3. Transferem-se as proteínas separadas em SDS-PAGE para uma membrana de nitrocelulose usando a técnica de transferência de western (a uma voltagem constante de 90 V durante 1 hora em frio).
    1. Bloquear a membrana com 3% de leite desnatado em PBS 1x, e então incubar a membrana com soluções de anticorpos primários diluídos (neste caso de coelho anti-VDAC3, de coelho anti-γ-tubulina e de ratinho anti-α-tubulina) durante 1 h à TA.
    2. Depois de lavar a membrana três vezes (5 min cada incubação sob agitação), utilizando tampão PBS-T (PBS 1x e 0,2% de Tween-20), incubar a membrana numa mistura de infravermelho próximo, (IV) corante fluorescente conjugada com anti-coelho e corante fluorescente de IV anticorpos secundários anti-murganho conjugados (diluídos em PBS-T) durante 1 hora.
    3. Lava-se a membrana três vezes e, em seguida, analisar a membrana para analisar as bandas utilizando um f infravermelhosistema de imagem luorescence adequado para a detecção de immunoblot.

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Resultados

Os nossos estudos recentes identificaram novos centrosomal localização e função de VDAC3, uma das porinas mitocondriais 16,28. A imunocoloração de várias células de mamíferos, incluindo células RPE1 utilizando um anticorpo específico VDAC3-centrosomal apresentaram coloração proeminente e coloração mitocondrial comparativamente fraca. Nós também mostrou que VDAC3 centrosomal é preferencialmente associado ao centríolo mãe, ea piscina centrosomal tanto da endógeno e ectopically expressa VDAC...

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Discussão

Microscopia quantitativa em biologia celular é comumente associado com ensaios de imagem em células vivas, como a fluorescência de Ressonância Energia Transferência (FRET), Recuperação de fluorescência Após Fotodegradação (FRAP), etc. No entanto, há exemplos de crescimento de biólogos celulares em desenvolvimento diferentes ensaios de microscopia quantitativos para fixo células nos últimos anos 27,34-36. É importante ressaltar que o progresso na compreensão da biologia centrosome mui...

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Divulgações

The authors declare that they have no competing financial interests.

Agradecimentos

This work was supported by a National Institutes of Health grant (GM77311) and a seed grant from The Ohio Cancer Research Associates (to H.A.F.). SM was partially supported by an Up on the Roof fellowship from the Human Cancer Genetics Program of The Ohio State University Comprehensive Cancer Center.

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Materiais

NameCompanyCatalog NumberComments
FibronectinSigmaF8141Stock of 1 mg/ml in water
DMSOSigmaD2650
MG115SigmaSCP0005Stock of 10 mM in DMSO
BrdUSigmaB5002Stock of 10 mM in DMSO
Anti-γ-tubulin (mouse monoclonal, clone GTU 88)SigmaT 65571:200 in IIF blocking buffer 
Anti-VDAC3 (rabbit polyclonal) Aviva Systems BiologyARP35180-P0501:50 in IIF blocking buffer, 1:1,000 in WB blocking buffer
Anti-Sas6 (mouse monoclonal) Santa cruz biotechnologysc-814311:100 in IIF blocking buffer
Anti-Cep135 (rabbit polyclonal)Abcamab-750051:500 in IIF blocking buffer
Anti-BrdU (rat monoclonal) Abcamab63261:250 in IIF blocking buffer
Alexa Fluor 350 Goat Anti-Rat IgG (H+L)Life technologiesA210931:200 in IIF blocking buffer
Alexa Fluor 488 Donkey Anti-Mouse IgG (H+L) AntibodyLife technologiesA212021:1,000 in IIF blocking buffer
Alexa Fluor 594 Donkey Anti-Mouse IgG (H+L) AntibodyLife technologiesA212031:1,000 in IIF blocking buffer
Alexa Fluor 488 Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) AntibodyLife technologiesA212061:1,000 in IIF blocking buffer
Alexa Fluor 594 Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L) AntibodyLife technologiesA212071:1,000 in IIF blocking buffer
Anti-γ-tubulin (rabbit polyclonal)SigmaT51921:1,000 in WB blocking buffer
Anti-α-tubulin (mouse monoclonal, DM1A)SigmaT90261:20,000 in WB blocking buffer
Alexa Fluor 680 Donkey Anti-Rabbit IgG (H+L)Life technologiesA100431:10,000 in WB blocking buffer
Mouse IgG (H&L) Antibody IRDye800CW ConjugatedRockland antibodies610-731-0021:10,000 in WB blocking buffer
SlowFade Gold Antifade Reagent Life technologiesS36936Mounting media
Round coverslips 12CIR.-1Fisherbrand12-545-80
Olympus IX-81 microscopeOlympus
Retiga ExiFAST 1394 IR cameraQImaging 32-0082B-238
100X Plan Apo oil immersion objectiveOlympus1.4 numerical aperture
Slidebook software packageIntelligent Imaging Innovations
Odyssey IR Imaging SystemLi-cor Biosciences
Bicinchoninic acid (BCA) assayThermo Scientific23227
U-MNU2 Narrow UV cubeOlympusU-M622Filter
U-MNU2 Narrow Blue cubeOlympusU-M643Filter
U-MNU2 Narrow Green cubeOlympusU-M663Filter

Referências

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