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Method Article
O objetivo geral desta metodologia é dar as condições experimentais ideais de preparação da amostra para aquisição de imagem e reconstrução para realizar imagens de dSTORM 2D cor dupla de microtúbulos e filamentos intermediários em células fixas
O citoesqueleto, composto de microfilamentos de actina, microtúbulos e filamentos intermediários (se), desempenha um papel fundamental no controle da forma da célula, polaridade e motilidade. A organização das redes de actina e microtúbulos tem sido extensivamente estudada, mas da IFs não é ainda totalmente caracterizada. O iFs tem um diâmetro médio de 10 nm e forma uma rede estendendo-se por todo o citoplasma da célula. Eles estão fisicamente associados com actina e microtúbulos através de motores moleculares e linkers do citoesqueleto. Esta associação apertada é o cerne dos mecanismos de regulação que asseguram o Regulamento coordenado das três redes cytoskeletal requeridas para a maioria das funções celulares. É, portanto, crucial Visualizar IFs sozinho e, também, juntamente com cada uma das outras redes do citoesqueleto. No entanto, as redes se são extremamente densas na maioria dos tipos de células, especialmente nas células gliais, que faz com que sua resolução muito difícil de conseguir com microscopia de fluorescência padrão (lateral resolução de ~ 250 nm). Direto estocástico microscopia óptica de reconstrução (dSTORM) é uma técnica que permite um ganho na resolução lateral de uma ordem de magnitude. Aqui, nós mostramos que a resolução lateral dSTORM é suficiente para resolver a densa organização das redes se e, em particular, dos feixes se cercam os microtúbulos. Tal associação apertada é provável que participam na regulação coordenada dessas duas redes e maio, explicar como modelo de IFs vimentina e estabilizar a organização microtubule também poderia influenciar microtubule dependente tráfico vesicular. Mais geralmente, mostramos como a observação de dois componentes do citoesqueleto, com técnica de duplo-cor dSTORM traz a introspecção nova sua interação mútua.
Filamentos intermediários citoplasmáticos (IFs) são 10 nm de diâmetro, homo ou heteropolímeros de um subconjunto específico de tipo de célula de proteínas se. O iFs participam em uma grande variedade de funções celulares, tais como respostas de estresse, a proliferação e a motilidade celular. Seu papel-chave é realçado pelo fato de que mais de 90 doenças humanas são diretamente causadas por mutações em proteínas se; por exemplo, alterações na composição se acompanha o crescimento do tumor e espalhar1,2,3. Existe uma crescente evidência de que os três sistemas de citoesqueleto trabalham em colaboração para controle de funções celulares como a polarização celular, divisão e migração2,3. Uma vez que existe um acoplamento forte entre funções e arquitetura espacial, é crucial obter insights sobre a organização estrutural do que com os outros filamentos e entender melhor o cross-talk do citoesqueleto. Este artigo fornece um protocolo para realizar a técnica de super-resolução duplo-cor dSTORM (direct estocástico reconstrução microscopia óptica)4 e como ele é usado para investigar a interação entre se e microtúbulos em fixo, culta células em 2 dimensões (2D).
Várias técnicas de super-resolução foram desenvolvidas ao longo dos últimos década e descobertas lá estavam na origem do Prêmio Nobel de química em 20145. Entre todas estas técnicas, encontra-se a métodos baseados em localização única molécula como PALM6 (microscopia de localização Photo-Activated) que usa photoswitchable proteínas fluorescentes, STORM7 com pares de fluorophores ou dSTORM4 com fluorophores convencional. Todos estes métodos são baseados no mesmo princípio que consiste em (i) o interruptor da maioria dos repórteres fluorescentes em um estado "desligado" "o estado de (não-fluorescente), (ii) a ativação estocástica de um subconjunto deles em um fluorescente para localizar suas posição espacial com precisão de nanômetros e (iii) a repetição deste processo a fim de ativar como muitos subconjuntos de fluorophores quanto possível. Uma imagem final é reconstruída usando todas as localizações das moléculas ativadas, fornecendo uma resolução lateral até ~ 20-40 nm. Diversos sistemas ópticos comercializados permitindo PALM/tempestade estão agora disponíveis para biólogos para experimentos de rotina. Aqui, um tal sistema foi usado para estudar a associação estrutural de microtúbulos e IFs. Entre todos os single-molécula localização com base em métodos, a técnica de duplo-cor dSTORM foi seleccionada, pois é bem adequado para observar regiões lamelares muito finas (< 1 µm) de células aderentes e pode proporcionar melhoria significativa de resolução de imagem com investimento mínimo de tempo e dinheiro. Com efeito, a dSTORM é uma técnica muito conveniente e versátil que é compatível com os padrão corantes orgânicos rotineiramente utilizados para coloração celular e imunofluorescência.
Enquanto uma cor dSTORM imagens são relativamente simples de obter usando o fluoróforo Alexa6478, dSTORM de cor dupla requer para otimizar as condições experimentais para que dois corantes podem piscar adequadamente no buffer escolhido, especialmente quando há limitado poder do laser. Excelentes trabalhos já estão disponíveis os métodos para definir as imagens de multi-color com dSTORM9,10,11,12,13, e esses papéis explicam em detalhe as possíveis fontes de artefatos e resolução de imagem degradada e também como superá-los. No presente artigo, as condições experimentais ideais em termos de fixação de células, imunocoloração, preparação da amostra, aquisição de imagem e reconstrução de imagem são descritos para adquirir imagens de citoplasma denso se redes e microtúbulos em células gliais com duplo-cor dSTORM. Resumidamente, o método de extração/fixação descrito no Chazeau et al.12 foi adaptado às células gliais e usado com uma etapa pós-fixação, concentração de anticorpos otimizado, um buffer de tempestade com 10mm MEA descrito em Dempsey9 et al, que foi encontrado para ser o ideal para a instalação experimental e tipo de amostra.
Células gliais expressam principalmente três tipos de proteínas se: vimentina, nestin e GFAP (proteína fibrilar ácida glia). Estes três proteínas foram mostradas para polimerizar co em astrócitos14. Mostramos anteriormente usando microscopia de iluminação Super-resolução estruturada (SIM SR) que estes três proteínas se encontram no mesmo filamento único se e que eles exibem semelhante distribuição e dinâmica em células gliais 15. Devido as semelhanças entre as três proteínas se, vimentina coloração foi usada como um repórter para toda a rede se. Usando dSTORM, conseguimos resolver como feixes de se forma ao longo dos microtúbulos, que não era possível com difração limitada de técnicas de microscopia15. Estas observações podem ajudar a entender como vimentina IFs pode microtúbulos modelo e regular a sua trajetória de crescimento, promovendo a manutenção de um eixo de polaridade durante a migração de células16. Imagens de super-resolução forneceram informações chaves sobre a interação mútua dos dois subsistemas do citoesqueleto e trouxeram o insight sobre a ligação entre a associação espacial e a função local que poderia ser o tipo de célula específica17. Em geral, duplo-cor dSTORM pode ser usado para estudar o crosstalk entre elementos do citoesqueleto ou outros tipos de organelas, desde que immunostaining boas condições são alcançadas em termos de densidade e especificidade. Esta técnica será útil para melhor caracterizar as alterações do citoesqueleto observadas durante astrogliosis e no glioblastoma, o tumor mais comum e mais malignos do sistema nervoso central, onde é a expressão de proteínas se alterou 18 ,19,20,21.
1. preparação lamelas (1 dia, 30 min)
2. célula chapeamento (1 dia, 20 min)
3. fixação da pilha (dia 2, 2h)
4. imunocoloração (dia 2, 5h)
5. preparação da amostra (dia 3, 5 min)
6. aquisição de imagem (dia 3, ~ 1h por célula)
7. reconstrução de imagem (5 min)
8. estimativa da precisão de localização de uma imagem de tempestade (10 min)
9. canal registro (5 min)
Um microscópio equipado com 50 mW 405 nm e 100 mW, 488, 561 e 642 nm Solid-State lasers, um EMCCD câmera de 512 x 512, um alfa Apo plano 100 X / 1,46 objectivo e banda passam 570-650 / 655 emissões de filtros passam-tempo foi usado para os resultados representativos apresentados abaixo.
Figura 1A dá um exemplo de molécula densidade e sinal à relação de ruído que deve ser usada durante a aqu...
Passos críticos no protocolo
Apresentamos aqui um protocolo que minimiza artefatos nas imagens dSTORM de microtúbulos e IFs em células gliais. Artefatos podem ser criados em cada etapa da preparação da amostra e imagem latente: fixação, bloqueando, immunolabeling, deriva durante a aquisição, não ideal piscando condições23. Listamos abaixo os passos mais críticos.
As lamelas de limpeza é um passo importante para ...
Os autores declaram não concorrentes interesses financeiros.
Agradecemos Mickael Lelek, Orestis Faklaris e Nicolas Bourg para discussão proveitosa, Andrey Aristov e Elena Rensen para ajuda com a técnica de super-resolução e Shailaja Seetharaman para leitura cuidadosa do manuscrito. Reconhecemos, com gratidão, a Citech UtechS fotônico BioImaging (Imagopole) do Instituto Pasteur (Paris, França), bem como a rede de infra-estruturas de França-BioImaging suportados pela agência francesa de investigação nacional (ANR-10-INSB-04; Investimentos para o futuro) e a modernização de Région (programa Domaine d'Intérêt Majeur-Malinf) para o uso do microscópio Elyra. Este trabalho foi apoiado pela a Ligue Contre le Cancer e a agência francesa de investigação nacional (ANR-16-CE13-0019).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Minimum Essential Media (MEM) | Gibco | 41090-028 | cell culture |
non essential amino acid | Gibco | 1140-050 | cell culture 1/100e |
Penicillin-Streptomycin | Gibco | 15140-122 | cell culture 1/100e |
Fœtal Bovine Serum | Gibco | 10270-106 | cell culture 1/10e |
0,05 % Trypsin-EDTA (1X) | Gibco | 25300-054 | cell culture |
PBS 10x | fischer scientific | 11540486 | cell culture |
coverslip 18 mm n°1,5H | Marienfield/Dominic dutsher | 900556 | coverslips |
paraformaldehyde (PFA) solution | Sigma | F8775 | cell fixation |
glutaraldehyde | Sigma | G5882 | cell fixation |
triton X100 | Sigma | T9284 | non ionic surfactant. Used for cell fixation |
sodium borohydride (NaBH4) | Sigma | 452904-25ML | cell fixation |
BSA | Sigma | A7906 | sample passivation 3% in PBS |
Monoclonal Anti-Vimentin (V9) antibody produced in mouse | Sigma | V6630 | primary antibodies |
Rat anti alpha tubulin | Biorad | MCA77G | primary antibodies |
Goat anti-Rat IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 555 | Fisher scientific | 10635923 | secondary antibodies |
Donkey anti-Mouse IgG (H+L) Secondary Antibody, Alexa Fluor 647 | Fisher scientific | 10226162 | secondary antibodies |
TetraSpeck Microspheres, 0.1 µm, fluorescent blue/green/orange/dark red | Fisher scientific | T7279 | fluorescent beads |
Chamlide magnetic chamber | Live Cell Instrument | CM-B18-1 | magnetic sample holder, maximum volume 1,2 mL |
Cysteamine (MEA) | Sigma | 30070 | for the blinking buffer |
glucose oxidase from Aspergillus niger | Sigma | G0543 | for the blinking buffer |
glucose | sigma | for the blinking buffer | |
catalase from bovine liver | Sigma | C9322 | for the blinking buffer |
Tris (trizma) | Sigma | T1503 | for the blinking buffer |
Wash-N-Dry coverslip rack | Sigma | Z688568 | |
Parafilm | Sigma | P7793-1EA | paraffin film |
ultrasonic cleaner | Fisher scientific | 15-335-6 | |
plasma cleaner | Harrick plasma | PDC-32G-2 |
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