Photoconversion de célula única no Zebrafish intacta vida

Resumo

Aqui, apresentamos um protocolo para mostrar como célula photoconversion é conseguida através da exposição UV para áreas específicas, expressando a proteína fluorescente, Eos, em animais vivos.

Resumo

Tecidos animais e vegetais é composto de populações distintas de células. Estas células interagem ao longo do tempo para construir e manter o tecido e podem causar doenças quando interrompido. Os cientistas desenvolveram técnicas inteligentes para investigar características e dinâmica natural dessas células no tecido intacto por expressar proteínas fluorescentes em subconjuntos de células. No entanto, às vezes, experiências exigem mais selecionada visualização de células dentro do tecido, às vezes a forma unicelular ou população de células. Para alcançar este objectivo e Visualizar células únicas dentro de uma população de células, os cientistas têm utilizado a célula única photoconversion de proteínas fluorescentes. Para demonstrar essa técnica, mostramos aqui como direcionar a luz UV para uma célula Eos-expressando um interesse de uma intacta, vivendo zebrafish. Nós então imagem essas células de Eos⁺ photoconverted 24h depois para determinar como eles mudaram no tecido. Descrevemos duas técnicas: única célula photoconversion e photoconversions das populações de células. Estas técnicas podem ser usadas para visualizar interações célula-célula, célula-destino e diferenciação e migrações de célula, tornando-se uma técnica que é aplicável em numerosas questões biológicas.

Introdução

Várias células distintas interagem para construir e manter o complexos tecidos animais e vegetais. Estas células são frequentemente intercalados e difícil de distinguir de vizinhos em um nível de célula única sem microscopia de alta resolução que exigem a fixação do tecido. No entanto, para compreender a forma como estes tecidos, são mantidas e tornar-se doente, tem sido essencial para investigar como single as células dentro do tecido estão interagindo ao longo do tempo. Idealmente, estas experiências exigem a rotulagem de células únicas dentro de um tecido de forma não-invasiva, sem a exigência de fixação. Os cientistas agora desenvolveram inúmeras técnicas para realizar esta tarefa^1,2,3,4.

A descoberta e a implementação da proteína medusas verde fluorescente (GFP) foi uma abordagem interessante que permitiu para a rotulagem de células distintas em um ambiente de tecido¹. Usando promotores de célula específica, é possível geneticamente, selecionar um subconjunto de células que são rotulados¹. Alternativamente, viral induzida expressão de GFP pode ser utilizada para usuário-selecionado expressão de GFP^3,4. Embora bastante útil, expressão mediada genética de GFP não permite expressão selecionado pelo usuário dentro de um subconjunto de células no tecido; e a expressão viral de GFP, apesar de vantajoso, pode ser invasiva. Com o advento de técnicas inteligentes como Brainbow expressar proteínas fluorescentes distintas mais escassa dentro de tecidos e derivados GFP, tornou-se possível visualizar células únicas e as interações entre eles em tecido complexo^{2, 5}. no entanto, essas abordagens rotular as células de uma forma aleatória. Se o experimento desejado requer a visualização de uma única célula ou a população de células é definido pelo experimentador, são, portanto, limitados. Com tais experiências, seria vantajoso ter uma proteína fluorescente geneticamente expressa que pode ser manipulada para distinguir, de forma única célula, que de outras células não-fluorescente fluorescentes.

Para atingir esse objetivo e visualizar a biologia celular de células únicas dentro de um tecido vivo complexo, a comunidade científica usa única célula photoconversion de proteínas fluorescentes distintas^6,7,8. Usando geneticamente controlado a expressão de uma proteína de photoconvertible (i.e., eos, kaede, etc.) que transita de um verde para vermelho estado fluorescente quando exposto aos raios UV (488 nm) a luz, podemos distinguir uma única célula de sua fluorescente etiquetadas vizinhos de^7,6,8. Esta abordagem utiliza um aparelho ligado ao nosso microscópio confocal que pode direcionar a luz de uma pilha de laser para uma região de difração limitada de interesse. Com esta técnica, podemos rotular ou células únicas ou maiores populações em uma maneira definida pelo usuário^9,10,11. A técnica é minimamente invasiva em comparação com injeções de célula única de GFP viral. Como uma prova de conceito, mostramos que podemos photoconvert células únicas dentro de um gânglio no sistema nervoso periférico e as maiores populações de photoconvert como células localizadas no lado ventral da medula espinhal^{9,10, 11,12}. Podemos então Visualizar estas photoconverted populações de células 24h mais tarde para ganhar a introspecção em seu movimento e diferenciação durante o desenvolvimento.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocolo

Todos os estudos em animais foram aprovados pela Universidade de Notre Dame institucional Cuidado Animal e Comissão de utilização.

1. preparação da amostra de Zebrafish

1. Coloque um macho adulto e um adulto feminino Tg (proteína conversível) para a câmara de acasalamento por procedimentos-padrão¹³. Neste manuscrito, use Tg(sox10:eos) peixe⁹ por causa do acesso, mas outras linhas transgénicas com proteína de photoconvertible pode ser igualmente utilizado. Configure mais de uma câmara no caso de peixe não fazer lay. Permitir que os peixes que permanecem na câmara durante a noite.
2. Na manhã seguinte, colete ovos em caixas de Petri 100 mm. Permitem a ovos amadurecer-se à fertilização de pós 24h (hpf) antes de triagem.
3. Se animais acima eram heterozigotos para o transgene, pratos de hpf tela 24 Tg(sox10:eos) + embriões com uma fonte de luz nm 488 e GFP filtram conjuntos em um microscópio de dissecação. Tg(sox10:eos) + embriões de isolar e permitir para amadurecer-se 48 hpf.
4. Dechorionate embriões manualmente com uma agulha ou pinça.
5. Preparar e 5 mL de solução de ponto de agarose de baixo ponto de fusão de 0,8% no microondas.
   1. Uma vez que a agarose é frio ao toque, coloque 3-4 anestesiados Tg (sox10:eos) + 48 peixe hpf no centro de um vidro de 10mm-lamela inferior placa de Petri.
   2. Adicione suficiente agarose para cobrir a superfície da lamela, cerca de 1 mL. Use uma agulha de sonda para organizar peixe em seus lados. Permitir que a agarose solidificar para garantir a montagem de animais. Pode ser necessário para continuamente re-organizar o zebrafish até o ágar solidifies¹⁴. Solidificação leva aproximadamente 2 minutos.
6. Depois que a agarose solidificou-se por 2 min, adicione lentamente o meio de embrião contendo 0,02% éster de ácido aminobenzoico (tricaina) para prato até a superfície inferior do ágar e prato está submersa. Isto deve ser de aproximadamente 3mL.

2. microscópio montagem e pre-conversão imagens

1. Confocal software aberto e selecionar os windows captura e foco [Figura 1]. Sob a janela de captura, selecione a configuração de conversão específicas do laboratório de imagem sob a captura de configuração drop-down guia [Figura 1]. Aqui, a configuração específica do laboratório é chamada de "peixe Imaging".
2. Coloque a amostra no escopo confocal e colocar em foco usando o curso e os botões de ajuste fino.
3. Abra a janela de foco e localizar a região desejada de interesse (ou seja, o gânglio da raiz dorsal).
4. Selecione o laser c488 sob o menu filtro definido. Definir a exposição a 300 ms, poder para 5 laser e intensificar a 75 [Figura 2].
5. Marque a caixa 3D na seção tipo de captura . Na seção de captura 3D , selecione usar atual posição e verificar o intervalo ao redor de corrente. Na mesma seção, defina o intervalo de 35 anos, o número de aviões a 36 e o tamanho da etapa 1. O intervalo pode ser aumentado ou diminuído para acomodar para a profundidade da área de imagem. Para a medula espinhal, um valor de intervalo entre 35-40 pilhas normalmente é suficiente [Figura 5].
6. Selecione o local atual [Figura 5].
7. Clique em Iniciar na parte inferior da janela de captura para adquirir a imagem.

3. single-cell Photoconversion

1. Confocal software aberto e selecionar os windows captura e foco [Figura 1]. Sob a janela de captura, selecione a configuração de conversão específicas do laboratório de imagem sob a captura de configuração drop-down guia [Figura 1]. Aqui, a configuração específica do laboratório é chamada de "Peixe ablate chip completo."
2. Selecione o laser c488 e c541 sob o menu filtro definido. Se não utilizar o mesmo software de microscópio, encontre o menu para selecionar diferentes lasers e selecione o 488 nm e 541 lasers de nm. Definir os riscos relativos a 300 ms, poder para 5 laser e intensificar a 75 [Figura 2]. Essas configurações do laser são selecionadas com base na produção suficiente sinal fluorescente sem causar fotobranqueamento ou toxicidade. Se toxicidade ou fotobranqueamento é visualizado, reduza a potência do laser ou exposição.
3. Abra a janela de foco e clique na guia photomanipulation na janela de foco. Ajuste os parâmetros do laser em conformidade. Mudar a potência da pilha do laser para 2 e clique em ir. Alterar o tamanho de bloco de Raster para 1 e clique em definir. Altere o tamanho de clique duplo para 4. Altere a linha de laser para v405 [Figura 3].
4. Abra as configurações de captura avançada na janela de captura. Selecione a guia photomanipulation e alterar as repetições de clique duplo para 2. Clique Okey [Figura 4].
5. Selecione a guia XY na janela de foco. Verifique os parâmetros do laser da etapa 2 na guia photomanipulation [Figura 3, Figura 4]. Definir configurações do laser para photoconvert a célula de interesse sem photoconversion das células circundantes.
   1. Se houver photoconversion de células adjacentes, reduza a potência do laser. Se photoconversion de células não ocorre, poderes do laser podem ser aumentados. Idealmente, conjunto potência do laser para photoconvert apenas a região de interesse e não áreas circunvizinhas.
6. Marque a caixa de timelapse sob o tipo de captura. Em seguida, clique em Iniciar [figura 6A].
7. Uma vez que abre a janela de timelapse ao vivo, selecione a ferramenta círculo na barra superior [Figura 7]
8. Desenhe um círculo na região centermost da célula. O círculo desenhado com o botão direito, selecione a região FRAPe aguarde 3 segundos. A área selecionada deve tornar-se redutor [Figura 8]. Clique em parar captura.
9. Se mais de um animal de imagem, volte para o guia XY no foco menu e selecione posição 2. Em seguida, repita etapas 4.1-4.6.
10. Para converter uma população de células, segui os parâmetros de protocolo e laser para etapas 4.1-4.4 exceto em vez de um círculo para FRAP a região de interesse, use a ferramenta de linha de desenho. Desenhar uma linha na região de interesse e FRAP região usando os mesmos parâmetros listados acima.

4. post-photoconversion Imaging

1. Uma vez que todos os pontos são photoconverted. Selecione a pilha de imagem padrão de laboratório específicas configuração descrita na precoversion de imagem passo 3. Isto é encontrado sob a captura de configuração drop-down guia na janela de captura [Figura 5].
2. Selecione o laser c488 e definir a exposição a 300ms, poder para 5 laser e intensificar a 75 [Figura 2].
3. Selecione o laser c541 encontrado sob o mesmo menu como o laser c488. Definir a exposição de 500 ms, poder para 10 laser e intensificar a 75 [Figura 9].
4. Marque a caixa 3D na seção tipo de captura . Na seção de captura 3D , selecione usar atual posição e verificar o intervalo ao redor de corrente. Na mesma seção, defina o intervalo de 35 anos, o número de aviões a 36 e o tamanho da etapa 1. O número de série pode aumentar ou diminuir para acomodar a desejada profundidade de imagem [Figura 5].
5. Se houver vários pontos no guia de foco XY, selecione a opção lista multiponto na janela de captura. Se não, selecione o local atual.
6. Clique em Iniciar na parte inferior da janela de captura para adquirir a imagem.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Resultados

Photoconversion de proteínas fluorescentes pode ser usado para rotular células distintas dentro de um tecido de⁶. Para demonstrar isso, Tg(sox10:eos) peixe⁹ foram usados para expressar a proteína photoconvertible Eos sob as sequências reguladoras de sox10. Os animais Tg(sox10:eos) em 48 hpf foram montados primeiro e então fotografada para detectar qualquer photoconversion não-específicos que possam ter ocorr...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussão

Em tecidos complexos, distintos tipos de células organizam em domínios específicos. Recentemente, as técnicas têm sido utilizadas para células individuais de etiqueta dentro destes tecidos grandes estruturas^1,2,3. Aqui vamos demonstrar duas técnicas que podem ser utilizadas da mesma forma para visualizar tanto interações célula única e interações de população celular dentro de tecidos complexos. A vantagem da téc...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materiais

Name	Company	Catalog Number	Comments
Tg(sox10:eos) zebrafish animals			Fish were obtained and crossed from the fish facility at the University of Notre Dame
100 X 15 mm petri dish	VWR	25384-302
Embryo medium			Embryo medium is made weekly and provided by the fish facility at the University of Notre Dame containing 5L RO water, 30uL methylene blue, and 200mL salt stock.
0.8% Low Melting Point Agarose	dot scientific inc	9012-36-6
35 X 10 mm glass-coverslip bottom petri dish	Ted Pella Inc.	14021-20
Needle dissecting probe
0.002% 3-aminobenzoic acid ester (Tricaine)	Fluka analytical	A5040-250G
Fluorescent Dissecting Microscope with GFP filters	Zeiss Axiozoom
Confocal microscope with lasers to excite GFP and RFP filter sets	3i spinning disk confocal
UV light source (laser) for photoconversion	405 nm laser
Slidebook software	3i
Methylene blue	Kordon