Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Method Article
Bu kağıt fizyolojik tanımlanan biyolojik numunelerde subselüler çözünürlükte toplam kalsiyum içeriği ve dağılımı kantitatif ölçümüne cryoanalytical elektron mikroskobu uygulamasını açıklar.
Bu yazıda Electron Probe Micro (EPMA) olarak bilinen teknik kullanılarak araçlar, teknikler ve hücre içi element içeriği nicel ölçümü için uygun bir alet açıklanmaktadır. Intramitokondriyal kalsiyum nedeniyle mitokondriyal kalsiyum aşırı nörodejeneratif hastalıklarda oynadığı kritik rolü belli bir odak noktasıdır. Yöntem, X-ışınları analizi örnek ile bir elektron ışını etkileşimi ile bir elektron mikroskobu (EM) oluşturulur dayanmaktadır. Elektron mikroskobu örneklerinde yayılabilir elemanlarının yerel bir dağılımının muhafaza edilmesi için, ultra ince EPMA cryosections hazırlanması ve ardından doku "cryofixation" gerektirir. Kültürlenmiş hücreler ya da Organotipik dilim kültürlerinin hızlı dondurma sırasıyla soğuk metal bloğun karşı sıvı etan veya çarpma dondurma ile dondurma dalma ile gerçekleştirilir. Kriyokesitler nominal kalınlığında 80 nm ca bir elmas bıçakla kuru kesilir. -16076, C, karbon / pioloform kaplı bakır ızgaralar üzerine monte edilmiş ve özel bir cryospecimen tutucu kullanarak cryo-EM içine cryotransferred. C ve düşük elektron doz ≤ ° -160 görsel ve diğer yer haritalama sonra, dondurulmuş hidratlanmış cryosections dondurularak kurutuldu, ~ 30 dakika boyunca 100 ° C altındadır. Kuru cryosections of organel düzey görsel yavaş tarama CCD kamera ve analiz için seçilen ilgi hücre içi bölgeleri ile, aynı zamanda, düşük bir dozda, kaydedilir. Bir sabit, odaklanmış, yüksek yoğunluklu elektron probu ile ROI yayılan X-ışınları, bir enerji dağıtıcı X-ray (EDX) ilişkili elektroniği tarafından işlenir spektrometresi, ve bir X-ışını spektrumu olarak sunulan toplanır, yani, bir enerji vs X-ışını yoğunluğu arsa. Ek yazılım kolaylaştırır: onların "karakteristik" pik enerjileri ve parmak izi ile elemental bileşenlerin 1) kimlik ve pik alanları / arka plan çıkarma 2) kantitatif analizi. Bu kağıt tipik gösteren iki örnek ile sona eriyorMitokondriyal kalsiyum analizi iskemi direncinin temelini ortaya eksitotoksik yaralanmalara ve diğerinin mekanizmaları önemli bir fikir temin edilen bir hangi EPMA uygulamaları.
Kalsiyum iyonları sinaptik iletimi ve gen ifadesi olarak çeşitli normal süreçlerde önemli bir rol oynuyor, belki biyolojideki en önemli ve çok yönlü hücre sinyal varlık vardır. Öte yandan, kalsiyum hücre ölümünde de eşit derecede önemlidir. Özellikle, kalsiyum serbestleşme inme nöronal yaralanmaya önemli bir faktördür, Parkinson hastalığı, Alzheimer ve diğer nörodejeneratif hastalıklar 3,5. Böylece, kalsiyum hücre içinde nasıl dağıtıldığı kantitatif anlamak için son derece önemlidir ve nasıl bu fizyolojik veya patofizyolojik uyaranlara aşağıdaki değiştirir. Çözelti içinde serbest veya bir substrata bağlanmış - - ve hücresel kalsiyum konsantrasyonları stimülasyon bir sonucu olarak, birkaç büyüklük içinde değişebilir, bu amaç, kalsiyum dinamik olarak iki fiziksel durumlar arasında dağıtılır gerçeği ile karmaşıktır.
Fr analizi için çeşitli yöntemler gelişmiş olsa da,hücre içi kalsiyum ee, tanımlanmış hücre içi bölümlerinde toplam kalsiyum konsantrasyonları belirlenmesi gerçekçi bir yaklaşımda, yani elektron probu mikroanaliz (EPMA) ile sınırlıdır. EPMA bu çiftler, bir transmisyon elektron mikroskobu (TEM) ile bir X-ışını spektrometresi bir tekniktir. TEM elektron tabancası ilgi ve elektron bombardımanı sonucunda yayılan eleman özgü X-ışınları bir alt hücresel bölgede sabit, Mikronaltı elektron prob odaklanır (ayrıntılı teknik değerlendirmeleri için başvurular 7, 4'e bakın) toplanır ve analiz edilir. EPMA Avantajları tek organel düzeyinde çözünürlüğe ve submillimolar hassasiyet vardır. Ancak uygulamada, EPMA numune hazırlanması ve analizi için özel cryotechniques ve aletleri gerektirir. Burada, araçlar, teknikler ve EPMA kullanılarak hücre içi kalsiyum ölçümleri için uygun araçlar açıklanmıştır. Intramitokondriyal kalsiyum özel i olankritik rol nedeniyle nterest bu nörodejeneratif hastalıklarda mitokondriyal kalsiyum aşırı çalış.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Burada açıklanan yaklaşım özel araçlar, araçlar ve yazılımlar kullanarak geliştirilmiştir. Laboratuvarları, aynı deney düzeneği kullanarak olmayacak çünkü yaklaşım mümkün jeneralize.
1.. Hızlı Dondurma
Bu dondurma anda canlı hücrelerde olduğu gibi nicel yayılabilir doku bileşenleri ve kimyasal elementlerin dağılımını koruyan bir şekilde hücreler ya da dokuların 1) "cryofixation": tarif edilecek olan analitik yöntem için kriyojenik yaklaşımlar kesinlikle bağlıdır ve 2) ultra ince hazırlanması bir TEM görüntüleme ve analiz için uygun cryosections. Bu teknikler kısaca burada açıklanan, ancak diğer laboratuvarlarda bu prosedürleri yeniden üretimi için gerekli ayrıntıları bu yazının kapsamı dışındadır vardır. İlgilenen okuyucular mükemmel yeni makaleler 9,14 adlandırılır.
Dikkat: Bu bölüm, Sıvı sabun kullanımını tarif ederson derece yanıcı ve potansiyel olarak patlayıcı olan efied etan; uygun önlemler alınmalıdır. Operatör ayrıca sıvı azot aşina olması gerekir (LN 2) koruyucu laboratuvar önlüğü, gözlük ve eldiven gibi cryoresistant güvenlik önlemleri. Not: Burada ve genelinde, tüm aletleri (forseps, vb) dondurulmuş örnekler yanlışlıkla çözülme önlemek için kullanmadan önce LN 2 precooled olmalıdır işlemek için kullanılır.
Lamelleri kültürlü hücrelerin
Kültürlü beyin dilimleri hızlı dondurma
2. Cryosectioning
CAVEAT: basit ve mantıklı, eğitim, sabır ve önemli pratik gerektirir iken Başarıyla ultra ince kesitlerin kuru kesim kurdeleler üreten.
3. Elektron Mikroskop için Örneklerinin Cryotransfer
EPMA için temel araçBu laboratuarda 120 kV işletilen ve kriyomikroskopisi için donanımlı, yani temiz bir vakum, numune alan anticontaminator, bir 2k x 2k yüksek hassasiyetli dijital kamera ve cryotransfer numune tutucu ile tasarlanmış analitik bir elektron mikroskobu. Hem de düşük ve yüksek büyütme modlarında mikroskop uyum ve çalışma koşullarını önceden kontrol ve ideal ≤ 10 -7 Torr, tatmin edici bir sütun vakum onaylayın. Gerekli ayar kadar.
4. Bölümler Görsel Anketi
5. Bölümler dondurarak kurutma
6. Hücreler ve Organellerin görüntüleme
Dondurularak kurutulmuş bölümlerin yapısal görüntüleri ca elde edilir. -160 ° C gibi düşük doz, uygun yazılımı tarafından kontrol 2k x 2k yavaş tarama CCD kamera kullanarak dijital kaydedilen sıfır kayıp görüntüler.
7. X-ray Spectra kazanılması
X-ışını spektrumları herhangi biri kullanılarak kaydedilebilir birkaç ticari veya özel tasarlanmış X-ışını minimal bir enerji dağılımlı X-ışını (EDX) dedektörü, ilişkili darbe işlemcili elektronik ve uyumlu edinimi ve görüntüleme yazılımının oluşan analiz sistemleri. (Bu laboratuvarda kullanılan sistem, Tablo 1 'de tarif edilmektedir.)
8. X-ray Spectra Analizi
Kalitatif analiz
Bir EDX spektrumu (Şekil 2, ek), esas olarak, enerji vs X-ışını yoğunluğunun bir xy grafiğidir. Spectra t elementel kompozisyon ilgili niceliksel ve niteliksel bilgileri içerirBir tepe "karakteristik" enerji yoğunluğu o elementin miktarını yansıtır ederken zirveye sebebiyet veren elemanını tanımlayan o, hacim analiz. Karakteristik tepe noktaları, yavaş değişen bir arka plan, "süreklilik" üstüne binmek. (Şekil 2 'ye gösterge ayrıca EDX spektrumu belirgin bilgilerini ele almaktadır.) Tüm periyodik tablonun için zirve manifoldların enerji elemanlarının iyi bilinen elektronik yapısı, otomatik bileşenlerini tanıtan bir veritabanına böylece tüm EDX yazılım bağlantıları ile tanımlanır Bir analit. Fizyolojik bağlamda, EDX analizi için de uygundur genel ilgi elemanları Na (1.04 keV da K α), P (2.01 keV), K (3.31 keV) ve Ca (3.69 keV) içerir.
Kantitatif analiz
EDX spektrumlarının kantitatif analiz ile piklerin entegre alanını ekstre edilmesi ve bir konsantrasyona kadar, bu değer dönüştürme oluşur. Biyolojik analiz için, kurulu bir yaklaşım (yukarıda ve Şekil 2'de tanımlanan) süreklilik yoğunluğu analiz hacminin kuru kütlesine bağlı olarak orantılı olduğu gerçeğinden yararlanır Hall tepe / sürekli yöntem 4,7,10, olup . Bilinen bileşimin standartları spektrumları aynı oran ile karşılaştırıldığında Böylece, pik alanı / sürekli alanının oranı, hedeflenen hücre bölmesine konsantrasyonunu belirtir. Bu yaklaşım, genellikle mmol / kg kuru ağırlığı olarak ifade edilen ağırlık başına mol birimlerinde konsantrasyonlarını içerir unutmayın. Bu birim, sıra dışı ve yorumlanması için EL tarif edildiği gibi, örneğin, mmol / L veya ıslak ağırlık mmol / mg protein, ek dönüştürme gerektirebilir4,10 sewhere.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Beyin hücreleri tipik olarak işemik koşulları altında ortaya çıkar ve patolojik sinir-iletici salıverilmesinde bir sonucu olarak eksitotoksik incinme. EPMA kalsiyum büyük miktarda ayırmak için nöronal mitokondri yeteneği yaralanma mekanizmasının temelini nasıl keşfetmek için kritik oldu. Şekil 3'teki elektron mikrografı hızlı bir eksitotoksik uyarıcı (100 uM NMDA) ile 30 dakika maruz kaldıktan sonra dondurulabilir kültürlenmiş hipokampal nöronlar dondurularak kurutulmu?...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Elektron mikroskobu tabanlı bir analitik yöntem, burada sunulan saptama, tanımlama ve Na, K, P, Ca ve özellikle de dahil olmak üzere biyolojik ilgi çeşitli elemanları, miktar tayini için olanak sağlar. Bu analizler, hücre içi de gerçekleştirilebilir, yani, intra-organel, hızlı bir şekilde dondurulmuş numuneler hazırlanmış kriyo seksiyonlarda yüksek kaliteli görüntüler ilgi yapıları bulmak ve tespit etmek yeteneği sayesinde çözünürlük. Boyanma dokusu elemanlarının yer nicel ola...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Yazarlar Çıkar çatışması rapor.
Biz mükemmel teknik yardım için Bayan Christine A. Winters teşekkür etmek istiyorum. Bu çalışma NINDS İntramural Araştırma Programı, NIH (Z01 NS002610) Temel Nörobilim Programı tarafından desteklenmiştir.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
REAGENTS/MATERIALS | |||
Thermanox plastic coverslips | Thermo Fischer Scientific | 72280 | |
Culture inserts | BD Falcon | 353090 | For 6-well plates |
Cryopins | Leica Microsystems | 16701952 | Grooved |
Wood applicators | EM Sciences | 72300 | |
Folding EM grids | Ted Pella | 4GC100/100 | 100 mesh |
Indium foil | Alfa Aesar | 13982 | 0.25 mm thick |
EQUIPMENT | |||
Plunge freezing device | Leica Microsystems | KF-80 | |
Slam freezing device | LifeCell | CF-100 | |
Ultramicrotome | Leica Microsystems | UC6 | |
Cryoattachment for microtome | Leica Microsystems | FC6 | |
Diamond cryotrimming tool | Diatome | Cryotrim 45 | |
Diamond cryoknife | Diatome | Cryo 35 | |
Antistatic device | Diatome | Hauf Static Line | |
Cryo electron microscope | Carl Zeiss Microscopy | EM912 Omega | |
EM cryo specimen holder | Gatan | CT3500 | |
Slow-scan CCD camera, 2k x 2k | Troendle (TRS) | Sharpeye | |
Image acquisition software | Olympus SIS | iTEM suite | |
ED x-ray detector | Oxford Instruments | Linksystem Pentafet | |
Pulse Processor | Oxford Instruments | XP-3 | |
PCI backplane card | 4pi Systems | Spectral Engine II | |
Desktop computer | Apple | Any OS9-compatible model | |
X-ray analysis software | NIST | DTSA, DTSA II | |
Spreadsheet software | Microsoft | Excel | |
|
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır