Etiketsiz amiloid yapısal karakterizasyonu için polarizasyona duyarlı iki foton mikroskobu

Özet

Bu makale, polarizasyona duyarlı iki foton mikroskobunun etiketsiz amiloid üst yapıları-sferülitler içindeki yerel organizasyonu karakterize etmek için nasıl uygulanabileceğini açıklamaktadır. Ayrıca, numunenin nasıl hazırlanacağını ve ölçüleceğini, gerekli kurulumun nasıl bir araya getirileceğini ve amiloid fibrillerin yerel organizasyonu hakkında bilgi edinmek için verilerin nasıl analiz edileceğini açıklar.

Özet

Tek fotonlu muadili ile karşılaştırıldığında, iki fotonlu uyarma, daha düşük fototoksisitesi, daha derin doku penetrasyonu, yoğun paketlenmiş sistemlerde verimli çalışması ve floroforların açısal fotoseçiminin azalması nedeniyle biyogörüntüleme deneyleri için faydalıdır. Bu nedenle, iki fotonlu floresan mikroskobunda (2PFM) polarizasyon analizinin tanıtılması, doğrusal optik işlemlere dayalı standart görüntüleme yöntemlerine kıyasla bir numunedeki moleküler organizasyonun daha kesin bir şekilde belirlenmesini sağlar. Bu çalışmada, polarizasyona duyarlı 2PFM (ps-2PFM) ve karmaşık biyo-yapılar-amiloid sferülitler içindeki moleküler sıralamanın belirlenmesindeki uygulamasına odaklanıyoruz. Alzheimer veya Parkinson gibi nörodejeneratif hastalıklar genellikle bozulmuş bir protein yanlış katlanma süreci nedeniyle oluşan amiloidler-protein agregatlarının saptanmasıyla teşhis edilir. Yapılarını keşfetmek, yaratılış yollarının daha iyi anlaşılmasına ve sonuç olarak daha hassas tanı yöntemlerinin geliştirilmesine yol açar. Bu makale, sığır insülin sferülitleri ve küresel amiloidojenik protein agregatları içindeki lokal fibril sıralamasının belirlenmesi için uyarlanmış ps-2PFM'yi sunmaktadır. Ayrıca, önerilen tekniğin sferülit içindeki fibrillerin üç boyutlu organizasyonunu çözebileceğini kanıtlıyoruz.

Giriş

Geçtiğimiz on yıllar boyunca, proteinlerin ve agregalarının^{biyogörüntülemesi} için çok sayıda floresan mikroskobu tekniğinde önemli bir gelişme olmasına rağmen1, numune ^2,3 içindeki yerel sıralamalarını çözmek için sadece birkaçı kullanılmıştır. Amiloid üst yapıları-sferülitlerin içsel yapısal heterojenliğini incelemek için floresan ömür boyu görüntüleme mikroskobu⁴ kullanıldı. Ayrıca, küresellikler gibi karmaşık ve yoğun paketlenmiş biyoyapılar içindeki yerel düzenin nicel olarak belirlenmesi, polarizasyona duyarlı yöntemler kullanılarak çözülebilir

Protokol

1. Mikroskop preparatlarının tamamen büyümüş küreciklerle hazırlanması

NOT: Bu protokolde kullanılan tüm malzemeler, reaktifler ve ekipmanlarla ilgili ayrıntılar için Malzeme Tablosuna bakın. Tüm çözeltiler, su arıtma sisteminden elde edilen deiyonize su (25 °C'de 18.2 MΩ·cm) ile hazırlandı.

1. Amiloid sferülitleri, Krebs ve ark.¹⁶ tarafından açıklanan protokole göre inkübe edin. aşağıda açıklandığı gibi bazı modifikasyonlarla.
   1. 1.5 mL'lik bir tüpte 10 mg insülin tozu tartın.
   2. Tozu, deiyonize_H2O/HCl çözeltisinin (pH 1.5) 1 mL'lik bir alikotu....

Tartışmalar

Polarizasyona duyarlı iki foton mikroskobu, standart çoklu foton kurulumunda sadece küçük değişiklikler gerektiren, amiloid üst yapıları içindeki fibrillerin yerel sırasını incelemek için değerli bir araçtır. Doğrusal olmayan optik fenomenler üzerinde çalıştığından, tek foton uyarımlı floresan mikroskobu yöntemlerine kıyasla azaltılmış açısal foto seçimi ve gelişmiş eksenel çözünürlük elde edilebilir. Ek olarak, tek foton uyarma floresan mikroskobu tekniklerine kıyasla daha dü.......

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
Sample preparation
Coverslips, 24 x 24 mm	Chemland	04-298.202.04
DPX mountant for histology	Sigma-Aldrich	6522	Slide mountant
Eppendorf Safe-Lock tubes, 1.5 mL, polypropylene	Chemland	02-63102
Eppendorf ThermoMixer C	Eppendorf		Used for spherulite incubation
HLP 5UV Water purification system	Hydrolab		Source of dionized water used in sample preparation
Hydrochloric acid (≥37%, APHA ≤10),	Sigma-Aldrich	30721-M
Insulin powder from the bovine pancreas (≥25 units/mg (HPLC))	Sigma-Aldrich	I5500
Methanol (HPLC grade)	Sigma-Aldrich	270474
Microscope slides with a concave, 76 x 26 x 1 mm	Chemland	04-296.202.09
Olympus BX60	Olympus		Polarized Optical Microscope used in Figure 2
PTFE thread seal tape, 12 mm x 12 mm x 0.1 mm, 60 gm2	Chemland	VIT131097
Microscope ps-2PFM setup
Chameleon Ultra II	Coherent
FELH0800 - Ø25.0 mm Longpass Filter	Thorlabs
FESH0700 - Ø25.0 mm Shortpass Filter	Thorlabs
IDQ100 photon-counting avalanche photodiodes	ID Quantique
Multiphoton short-pass emission filter 720 nm	Semrock
Mounted Achromatic Half-Wave Plate, 690-1200 nm	Thorlabs
Nikon Plan Apo Oil Immersion 100x/1.4 NA	Nikon
piezo 3D stage	Piezosystem Jena
Polarizing Beamsplitter	Thorlabs
S130C - Slim Photodiode Power Sensor, Si, 400 - 1100 nm, 500 mW	Thorlabs
Software
LabView 2018	National Instruments		Version 18.0.1f2
Matplotlib library			Version 3.3.2
NumPy library			Version 1.19.2
SciPy library			Version 1.5.2
Spyder Python 3 IDE			Version 4.1.5