数と明るさの分析と組み合わせた全内部反射蛍光顕微鏡による生細胞における細胞表面受容体のオリゴマー化ダイナミクス

Summary

生細胞の形質膜におけるリガンド結合によって誘導されるmEGFPタグ付き受容体オリゴマーの平均オリゴマー状態の測定のためのイメージングアプローチについて説明する。このプロトコルは、数と明るさ(N&B)分析と組み合わせた全内部反射蛍光(TIRF)顕微鏡に基づいています。

Abstract

受容体オリゴマー化の重要性とユビキタスにもかかわらず、クラスタリングイベントを検出し、クラスタリングの程度を測定するための方法はほとんどありません。ここでは、生細胞の膜におけるMEGFPタグ付き受容体ホモ複合体の平均オリゴマー状態を決定するイメージングアプローチについて説明する。このプロトコルは、数と明るさ(N&B)分析と組み合わせた全内部反射蛍光(TIRF)顕微鏡に基づいています。N&Bは、蛍光相関分光法(FCS)および光子計数ヒストグラム(PCH)に似た方法で、照明の中で拡散する蛍光強度の変動の統計的分析に基づいています。観測時間中の体積。特に、N&BはPCHの簡素化であり、オリゴマー混合物中のタンパク質の平均数に関する情報を得る。強度変動振幅は、蛍光色素の分子輝度と照明体積内の蛍光色素の平均数によって記述される。したがって、N&Bは振幅分布の第1と第2のモーメント、すなわち平均強度と分散のみを考慮します。これは、同時に、方法の強さと弱さである。2つの瞬間しか考慮されないため、N&Bは混合物中の未知のオリゴマーのモル分率を決定することはできませんが、混合物の平均オリゴマー化状態を推定するだけです。それにもかかわらず、蛍光強度の時間変動を監視するだけで、生細胞の画像の比較的小さな時系列(他のモーメント法と比較して)にピクセル単位で適用することができます。ピクセルあたりの有効時間を数マイクロ秒に短縮し、高速オリゴマー化動態に必要な秒からミリ秒までの時間範囲での取得を可能にします。最後に、大きな細胞領域と細胞下コンパートメントを探索することができます。

Introduction

我々は、受容体アセンブリの連結を目指し、生細胞の形質膜における受容体分子の平均オリゴマー状態を決定するための全内部反射蛍光数と輝度(TIRF-N&B)イメージングアプローチを記述する。タンパク質の生物学的機能に対するダイナミクス (図 1)

細胞外リガンド結合の際、受容体は、その立体構造、オリゴマー化、潜在的な共受容体および膜組成に応じて細胞内シグナル伝達を開始する。受容体オリゴマー化の重要性とユビキタス性にもかかわらず、細胞シグナル伝達1、2、3、4、5、6の重要な事象として認識^{される。 7、}クラスタリングイベントを検出し、^{実験的にクラスタリング}の程度を測定できる方法^{はほとんどありません。}共焦点体積(x,y≥ 300 nm,z≥900 nm)は、分子相互作用および動....

Protocol

1. サンプル調製

1. 1日目。ガラス底皿の100,000-200,000細胞/mLの濃度で完全な培地中の種子HeLa細胞。シード6-8は料理を複製します。
   注:この例では、培地は10%熱不活性化胎児ウシ血清(FBS)、1mMピルビン酸ナトリウム、100 U/100 μgペニシリン/ストレプトマイシンで補充される。いくつかの複製料理が用意されています。
2. 2-3日目。細胞が亜コンフルエンスの場合、タンパク?.......

Discussion

N&B では、セル モデルとラベリング戦略を選択する際に、いくつかの予防措置が必要です。画像のキャプチャ時間中に安定して付着したままの生細胞にのみ適用できます。セル全体の剛性変位による余分な変動は、適切な画像復元^{アプローチ38}で処理され得る。しかしながら、一般に細胞が移動すると、細胞膜も変形し、構造変形が起き、大きな余分な分散を生じ、膜タンパ.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
3-Colour Fast TIRF Leica AM TIRF MC inverted microscope, with smi-automatic TIRF alignment. The microscope is equipped with a diode 488 nm laser, a 100x1.46 oil TIRF objective, Ex/Em Bandpass filters at 490/20 and 525/50, temperature/CO2 incubator and Andor DU 8285 VP EMCCD camera. The microscope is operated by Leica LIF software.	Leica Microsystems, Wetzlar, Germany
Albumin from Bovine Serum 98% minimun	Sigma-Aldrich, St. Louis, MI, USA	A7906-100G
DMEM without Phenol Red with 25 mM HEPES	GIBCO Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA	21063029	Used serum free for microscopy
DMEM high-glucose GlutaMAX I	GIBCO Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA	10566-016	Used for complete medium
Dulbecco's Phosphate Buffered Saline 10x (PBS)	Biowest, Nuaillé, France	X0515-500
Emission splitting system Photometrics DV2	TeledynePhotometrics, Tucson, AZ, USA
Fetal Bovine Serum, qualified, Brazil	GIBCO Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA	10270106	10% inactivated supplement for complete medium
Glass bottom 35-mm sterile 1.5 dishes	MatTek, Ashland, MA, USA	P35G-0.170-14-C	uncoated, glass thickness 0.17 microns
GraphPad Prism	GraphPad Software Inc., San Diego, CA, USA
Human cervical carcinoma (HeLa), serum-free animal component (AC) cells	Millipore-Sigma ECACC, Darmstadt, Germany	CB_08011102
iXonEM+ 897 EMCCD (back-illuminated) ANDOR camera controlled by ANDOR Solis software	Oxford Instruments, Andor TM Technology, Abingdon-on-Thames, UK		This camera, installed in an additional port of the microscope, is used for acquiring the N&B time series
Matlab Executable N&B routine	Unit of Microscopy and Dynamic Imaging, CNIC, Madrid, Spain		download at https://www.cnic.es/en/investigacion/2/1187/tecnologia
MatLab v.2018b	The MathWorks, Inc. Natick, MA, USA		download at https://www.mathworks.com/products/matlab.html
Penicillin:Streptomycin for tissue culture 100x	Biowhittaker Inc. Walkersville, MD, USA	LONZA 17-602E	supplement for medium at Penicillin/Streptomycin 100U/100µg.
pN1-mEGFP-FGFR1 expression vector	Unit of Gynecological Oncology Research, European Institute of Oncology IRCCS, Milan, Italy		Zamai et al., 2019
pN1-N-Gly-mEGFP-GPI expression vector	Unit of Microscopy and Dynamic Imaging, CNIC, Madrid, Spain		Hellriegel et al., 2011
pN1-N-Gly-mEGFP-mEGFP-GPI expression vector	Unit of Microscopy and Dynamic Imaging, CNIC, Madrid, Spain		Hellriegel et al., 2011
Recombinant FGF2	PeproTech EC, Ltd., London, UK		Ligand solution: 20ng/mL of FGF2 in PBS supplemented with 0.01%BSA.
Sodium pyruvate GIBCO	ThermoFisher Scientific	11360070	1mM supplement for medium
TransIt-LT1 Transfection Reagent	MirusBio LLC, Madison, WI, USA	MIR 2300
Trypsin-EDTA (0.25%), phenol red	GIBCO Thermo Fisher Scientific,Waltham, MA, USA	25200056
Type F Immersion liquid 10 mL	Leica Microsystems, Wetzlar, Germany	11513 859
UltraPure BSA (50 mg/mL)	ThermoFisher Scientific	AM2618	0.1% supplement for medium without phenol red used for transfections