Name: multi-color localization microscopy of single membrane proteins in organelles of live mammalian cells
Uploaded: 2018-06-30T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Multi-color Localization Microscopy of Single Membrane Proteins in Organelles of Live Mammalian Cells at JoVE.com

Gli autori vorrei ringraziare il gruppo di biofisica e Jacob Piehler presso l'Università di Osnabrück per supporto continuo, Wladislaw Kohl per assistenza tecnica e preparazione del materiale e il Consiglio di CellNanOs per la fornitura di microscopi per l'uso. Il progetto è stato finanziato il 944 SFB.

Il seguente protocollo segue le linee guida del comitato etico di ricerca istituzione locale.
1. metodi
<ol><li>
Coltura cellulare
	<ol>
<li>Coltivare le cellule, per esempio le cellule HeLa (carcinoma della cervice umana), in un matraccio di cultura cellulare T25 contenente 5 mL di medium di crescita a 37 ° C e 5% CO2. Nota: Per l'imaging, dividere le celle su preparati vetrini coprioggetti (Vedi punti 1.3 e 1.4) e tenere in mezzo di imaging.</li>
	</ol>
</li...

<ol>
	<li>Appelhans, T., Richter, C., Wilkens, V., Hess, S., Piehler, J., Busch, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nanoscale+organization+of+mitochondrial+microcompartments+revealed+by+combining+tracking+and+localization+microscopy.">Nanoscale organization of mitochondrial microcompartments revealed by combining tracking and localization microscopy.</a> Nano Letters. 12 (2), 610-616 (2012).</li><li>Appelhans, T., Busch, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+Molecule+Tracking+and+Localization+of+Mitochondrial+Protein+Complexes+in+Live+Cells.">Single Molecule Tracking and Localization of Mitochondrial Protein Complexes in Live Cells.</a> Methods Mol Biol. 1567, 273-291 (2017).</li><li>Rust, M. J., Bates, M., Zhuang, X. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Sub-diffraction-limit+imaging+by+stochastic+optical+reconstruction+microscopy+(STORM).">Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM).</a> Nat Methods. 3 (10), 793-795 (2006).</li><li>Gould, T. J., Verkhusha, V. V., Hess, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+biological+structures+with+fluorescence+photoactivation+localization+microscopy.">Imaging biological structures with fluorescence photoactivation localization microscopy.</a> Nat Protoc. 4 (3), 291-308 (2009).</li><li>Pennacchietti, F., Gould, T. J., Hess, S. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Role+of+Probe+Photophysics+in+Localization-Based+Superresolution+Microscopy.">The Role of Probe Photophysics in Localization-Based Superresolution Microscopy.</a> Biophys J. 113 (9), 2037-2054 (2017).</li><li>Wegel, E., G&#246;hler, A., Lagerholm, B. C., Wainman, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+cellular+structures+in+super-resolution+with+SIM,+STED+and+Localisation+Microscopy:+A+practical+comparison.">Imaging cellular structures in super-resolution with SIM, STED and Localisation Microscopy: A practical comparison.</a> Scientific reports. , (2016).</li><li>Pellett, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Two-color+STED+microscopy+in+living+cells.">Two-color STED microscopy in living cells.</a> Biomedical Optics Express. 2 (8), (2011).</li><li>Ishigaki, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=STED+super-resolution+imaging+of+mitochondria+labeled+with+TMRM+in+living+cells.">STED super-resolution imaging of mitochondria labeled with TMRM in living cells.</a> Mitochondrion. 28, 79 (2016).</li><li>Liss, V., Barlag, B., Nietschke, M., Hensel, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Self-labelling+enzymes+as+universal+tags+for+fluorescence+microscopy,+super-resolution+microscopy+and+electron+microscopy.">Self-labelling enzymes as universal tags for fluorescence microscopy, super-resolution microscopy and electron microscopy.</a> Scientific Reports. 5, 17740 (2015).</li><li>Serg&#233;, A., Bertaux, N., Rigneault, H., Marguet, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+multiple-target+tracing+to+probe+spatiotemporal+cartography+of+cell+membranes.">Dynamic multiple-target tracing to probe spatiotemporal cartography of cell membranes.</a> Nat Methods. 5 (8), (2008).</li><li>Appelhans, T., Busch, K. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dynamic+imaging+of+mitochondrial+membrane+proteins+in+specific+sub-organelle+membrane+locations.">Dynamic imaging of mitochondrial membrane proteins in specific sub-organelle membrane locations.</a> Biophysical reviews. 9 (4), 345-352 (2017).</li><li>Wilmes, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Triple-color+super-resolution+imaging+of+live+cells:+resolving+submicroscopic+receptor+organization+in+the+plasma+membrane.">Triple-color super-resolution imaging of live cells: resolving submicroscopic receptor organization in the plasma membrane.</a> Angewandte Chemie. 51 (20), 4868-4871 (2012).</li><li>Niewidok, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single-molecule+imaging+reveals+dynamic+biphasic+partition+of+RNA-binding+proteins+in+stress+granules.">Single-molecule imaging reveals dynamic biphasic partition of RNA-binding proteins in stress granules.</a> J Cell Biol. , (2018).</li><li>Wurm, C. A., Jakobs, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differential+protein+distributions+define+two+sub-compartments+of+the+mitochondrial+inner+membrane+in+yeast.">Differential protein distributions define two sub-compartments of the mitochondrial inner membrane in yeast.</a> FEBS Lett. 580 (24), 5628-5634 (2006).</li><li>Schmidt, R., Wurm, C. A., Punge, A., Egner, A., Jakobs, S., Hell, S. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+cristae+revealed+with+focused+light.">Mitochondrial cristae revealed with focused light.</a> Nano Lett. 9 (6), 2508-2510 (2009).</li><li>Kukat, C., Wurm, C. A., Spahr, H., Falkenberg, M., Larsson, N. G., Jakobs, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-resolution+microscopy+reveals+that+mammalian+mitochondrial+nucleoids+have+a+uniform+size+and+frequently+contain+a+single+copy+of+mtDNA.">Super-resolution microscopy reveals that mammalian mitochondrial nucleoids have a uniform size and frequently contain a single copy of mtDNA.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 108 (33), 13534-13539 (2011).</li><li>Beinlich, F., Drees, C., Piehler, J., Busch, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Shuttling+of+PINK1+between+Mitochondrial+Microcompartments+Resolved+by+Triple-Color+Superresolution+Microscopy.">Shuttling of PINK1 between Mitochondrial Microcompartments Resolved by Triple-Color Superresolution Microscopy.</a> ACS chemical biology. 10 (9), 1970-1976 (2015).</li><li>Shim, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Super-resolution+fluorescence+imaging+of+organelles+in+live+cells+with+photoswitchable+membrane+probes.">Super-resolution fluorescence imaging of organelles in live cells with photoswitchable membrane probes.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 109 (35), 13978-13983 (2012).</li><li>Sbalzarini, I., Mezzacasa, A., Helenius, A., Koumoutsakos, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effects+of+Organelle+Shape+on+Fluorescence+Recovery+after+Photobleaching.">Effects of Organelle Shape on Fluorescence Recovery after Photobleaching.</a> Biophysical Journal. 89 (3), 1482-1492 (2005).</li><li>Reits, E., Neefjes, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+fixed+to+FRAP:+measuring+protein+mobility+and+activity+in+living+cells.">From fixed to FRAP: measuring protein mobility and activity in living cells.</a> Nature Cell Biology. 3 (6), E145-E147 (2001).</li><li>Goehring, N., Chowdhury, D., Hyman, A., Grill, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=FRAP+Analysis+of+Membrane-Associated+Proteins:+Lateral+Diffusion+and+Membrane-Cytoplasmic+Exchange.">FRAP Analysis of Membrane-Associated Proteins: Lateral Diffusion and Membrane-Cytoplasmic Exchange.</a> Biophysical Journal. 99 (8), 2443-2452 (2010).</li><li>Bacia, K., Haustein, E., Schwille, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fluorescence+correlation+spectroscopy:+principles+and+applications.">Fluorescence correlation spectroscopy: principles and applications.</a> Cold Spring Harbor protocols. 2014 (7), 709-725 (2014).</li><li>Sukhorukov, V., Dikov, D., Busch, K., Strecker, V., Wittig, I., Bereiter-Hahn, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Determination+of+protein+mobility+in+mitochondrial+membranes+of+living+cells.">Determination of protein mobility in mitochondrial membranes of living cells.</a> Biochimica et biophysica acta. 1798 (11), 2022-2032 (2010).</li><li>Kim, T. K., Eberwine, J. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mammalian+cell+transfection:+the+present+and+the+future.">Mammalian cell transfection: the present and the future.</a> Anal Bioanal Chem. 397 (8), 3173-3178 (2010).</li><li>Graham, F. L., van der Eb, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+new+technique+for+the+assay+of+infectivity+of+human+adenovirus+5+DNA.">A new technique for the assay of infectivity of human adenovirus 5 DNA.</a> Virology. 52 (2), 456-467 (1973).</li><li>Wedeking, T., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Spatiotemporally+Controlled+Reorganization+of+Signaling+Complexes+in+the+Plasma+Membrane+of+Living+Cells.">Spatiotemporally Controlled Reorganization of Signaling Complexes in the Plasma Membrane of Living Cells.</a> Small. 11 (44), 5912-5918 (2015).</li><li>Mironov, S. L., Ivannikov, M. V., Johansson, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=[Ca2+]i+signaling+between+mitochondria+and+endoplasmic+reticulum+in+neurons+is+regulated+by+microtubules.+From+mitochondrial+permeability+transition+pore+to+Ca2+-induced+Ca2++release.">[Ca2+]i signaling between mitochondria and endoplasmic reticulum in neurons is regulated by microtubules. From mitochondrial permeability transition pore to Ca2+-induced Ca2+ release.</a> J Biol Chem. 280 (1), 715-721 (2005).</li><li>Poot, M., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+mitochondrial+morphology+and+function+with+novel+fixable+fluorescent+stains.">Analysis of mitochondrial morphology and function with novel fixable fluorescent stains.</a> J Histochem Cytochem. 44 (12), 1363-1372 (1996).</li><li>Tokunaga, M., Imamoto, N., Sakata-Sogawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+inclined+thin+illumination+enables+clear+single-molecule+imaging+in+cells+(vol+5,+pg+159).">Highly inclined thin illumination enables clear single-molecule imaging in cells (vol 5, pg 159).</a> Nature Methods. 5 (5), 455 (2008).</li><li>Elmokadem, A., Yu, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimal+Drift+Correction+for+Superresolution+Localization+Microscopy+with+Bayesian+Inference.">Optimal Drift Correction for Superresolution Localization Microscopy with Bayesian Inference.</a> Biophys J. 109 (9), 1772-1780 (2015).</li><li>Barlag, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Single+molecule+super-resolution+imaging+of+proteins+in+living+Salmonella+enterica+using+self-labelling+enzymes.">Single molecule super-resolution imaging of proteins in living Salmonella enterica using self-labelling enzymes.</a> Sci Rep. 6, 31601 (2016).</li><li>Tokunaga, M., Imamoto, N., Sakata-Sogawa, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Highly+inclined+thin+illumination+enables+clear+single-molecule+imaging+in+cells.">Highly inclined thin illumination enables clear single-molecule imaging in cells.</a> Nature Methods. 5 (2), 159-161 (2008).</li><li>Mortensen, K. I., Churchman, L. S., Spudich, J. A., Flyvbjerg, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Optimized+localization+analysis+for+single-molecule+tracking+and+super-resolution+microscopy.">Optimized localization analysis for single-molecule tracking and super-resolution microscopy.</a> Nat Methods. 7 (5), 377-381 (2010).</li><li>Jin, S., Youle, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PINK1-+and+Parkin-Mediated+Mitophagy+at+a+Glance.">PINK1- and Parkin-Mediated Mitophagy at a Glance.</a> Journal of Cell Science. 125, 795-799 (2013).</li><li>Yamano, K., Youle, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PINK1+is+degraded+through+the+N-end+rule+pathway.">PINK1 is degraded through the N-end rule pathway.</a> Autophagy. 9 (11), 1758-1758 (2013).</li><li>Wiedemann, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Machinery+for+protein+sorting+and+assembly+in+the+mitochondrial+outer+membrane.">Machinery for protein sorting and assembly in the mitochondrial outer membrane.</a> Nature. 424 (6948), 565-571 (2003).</li><li>Thompson, R., Larson, D., Webb, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Precise+Nanometer+Localization+Analysis+for+Individual+Fluorescent+Probes.">Precise Nanometer Localization Analysis for Individual Fluorescent Probes.</a> Biophysical Journal. 82 (5), 2775-2783 (2002).</li></ol>

Qui, una tecnica per la localizzazione di singola molecola di colore doppio delle proteine della membrana cellulare è stata presentata. Seguendo il protocollo, le proteine di membrana sono fuse a proteine che reagiscono con le tinture della rodamina TMR e SiR coniugato ai loro rispettivi substrati con etichetta automatica. Rodamina coloranti sono luminose e fotostabili e pertanto consentono di imaging ripetitivo1. Per performance di successo, alcuni condizioni e argomenti critici devono essere te...

L'obiettivo del presente protocollo è quello di fornire un metodo di imaging per localizzare e tenere traccia di proteine di membrana singola all'interno di cellule vive. Noi chiamiamo questo metodo di rilevamento e localizzazione microscopia (TALM)1,2. Come microscopia di ricostruzione ottica stocastica (tempesta)3 e microscopia a fluorescenza fotoattivazione localizzazione ((F) PALM)4,5, TALM è una tecnica di localizzazione singola molecola-basato fluorescenza. Tuttavia, è distinto in modo che la mobilità delle proteine di membrana in combinazione con formazione immagine ripetitiva dello stesso etichettato molecola alle diverse posizioni rivela la microcompartment che è accessibile per la proteina mobile. In altre parole, le possibili localizzazioni della proteina sono impostate dall'architettura dell'organello e dalla mobilità della proteina1. Il metodo è complementare a vari altri super-risoluzione tecniche6,7,8 , perché rivela la localizzazione e la traiettoria mappe dalle proteine mobile imaging. L'etichettatura è basato sull'utilizzo di proteine di fusione geneticamente ingegnerizzati che sono di per sé non fluorescenti. Queste proteine di fusione sono enzimi che reagiscono in modo covalente con un substrato coniugato a un colorante con etichetta automatica. Questa procedura ha il vantaggio che il grado d'etichettatura può essere controllata dalla quantità di substrato aggiunto. Inoltre, permette di variare il colore della fluorescenza, a seconda il colorante coniugato selezionato. Diversi auto-etichettatura degli enzimi-tag sono disponibili9. Un altro vantaggio dell'utilizzo di self-etichettatura degli enzimi-tag è, che le tinture coniugate sono solitamente più stabile e più proteine fluorescenti1 e singole proteine pertanto possono essere registrati più brillante e più precisamente fino a quando essi vengono sbiancati. Questo consente la registrazione delle traiettorie delle proteine cellulari e l'estrazione di diffusione coefficienti10,11.
Qui, noi dimostrare la fattibilità di TALM con proteine di membrana mitocondriale, ma può essere applicato anche per altre proteine di membrana intra - ed extracellulari, compresi tipi differenti delle cellule12,13. Mostriamo che multi-colore TALM ulteriormente consente la distinzione simultanea delle proteine in diversi subcomparti a complementazione a esistente super-risoluzione fluorescenza microscopia tecniche14,15, 16. TALM è compatibile con live cell imaging17. La foto-fisica del rhodamines selezionate tetrametilrodamina (TMR) e silicio-Rhodamien (SiR), in particolare loro luminosità e stabilità, permette di proteine di membrana singolo record in più fotogrammi fornendo mappe di localizzazione (e traiettoria). Tuttavia, TALM è limitata per la localizzazione delle proteine solubili con i coefficenti di diffusione alta poiché il motion blur è troppo alto e i fotoni raccolti per ogni frame sono troppo bassi per la corretta localizzazione. Inoltre, TALM richiede meno energia di eccitazione di ad esempio tempesta o svuotamento di emissione stimolata (STED) microscopia6,7, la riduzione di effetti fototossici. Questo è importante, poiché lo stress fototossico colpisce spesso organellari morfologia18 e così mobilità analisi19. In somma, presentiamo TALM multicolore in cellule viventi come una tecnica che colma una lacuna tra i metodi di microscopia di localizzazione STORM/STED/PALM (F) e le tecniche che analizzano la mobilità di proteine come il recupero di fluorescenza dopo photobleaching (FRAP)20 ,21, fluorescenza correlazione spettroscopia (FCS)22e fluorescenza cross correlazione spettroscopia (FCC)11,23.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr >
			<td >(2-(4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazinyl)-ethanesulfonic acid, 1 M) (HEPES)</td>
			<td >Biochrom</td>
			<td >#1104E</td>
			<td ></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >DC1: Dichroid beam splitter&#160;</td>
			<td>Chroma</td>
			<td>640 dcxr</td>
			<td>NC506031</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >DC2: Polychroic Mirror, beamsplitter</td>
			<td >Chroma</td>
			<td>zt405/488/561/640rpc</td>
			<td>discontinued</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Dulbecco&#180;s Phosphate-Buffered Saline (PBS) 1x (w/o Ca &#38; Mg)</td>
			<td >Sigma-Aldrich &#38; Co.</td>
			<td >#RNBF8311</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Earle&#180;s MEM without phenol red, without L-Glutamine and without NaHCO3 containing 1% FBS, 0.1% HEPES, 0.1% NEAA, 0.1% Alanyl-L-Glutamine and 34.78% sodium hydrogen carbonate (NaHCO3 0.75g/l)</td>
			<td ></td>
			<td ></td>
			<td>Imaging medium</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Earle&#180;s minimum essential medium (MEM) with phenol red, containing 1% Fetal Bovine Serum Superior (FBS), 0.1% HEPES (2-(4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazinyl)-ethanesulfonic acid, 1 M), and 0.1% non-essential amino acids (NEAA)</td>
			<td ></td>
			<td ></td>
			<td>Growth medium</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >EF: Emission filter quadbandpass</td>
			<td>AHF analysentechnik</td>
			<td>F72-866</td>
			<td>Brightline HC 446 nm/523 nm/600 nm/677 nm</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >EMCCD camera</td>
			<td >Andor</td>
			<td>Andor iXON 897</td>
			<td>EMCCD camera</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Emission filter QuadView filter cubes, orange</td>
			<td>AHF analysentechnik</td>
			<td>F39-637</td>
			<td>bandpass 582 - 619 nm</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Emission filter QuadView filter cubes, red</td>
			<td>Chroma</td>
			<td></td>
			<td>bandpass 655 - 725 nm (HQ 690/70)</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >FBS (Fetal bovine serum) superior</td>
			<td >Biochrom</td>
			<td >S0615</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Fluorescent beads: TetraSpeck&#8482; Microspheres, 0.1 &#181;m, fluorescent blue/green/orange/dark red</td>
			<td >Thermo Fisher Scientific</td>
			<td >T7279</td>
			<td>fluorescent microspheres</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Glutamine</td>
			<td >Biochrom</td>
			<td >#0951C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >HeLa cells&#160;</td>
			<td >DSMZ</td>
			<td>ACC-57</td>
			<td>Cervical carcinoma cells from patient Henrietta Lacks</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Hela cells CI::paGFP, stable</td>
			<td >Muster et al., PLOSOne 2010</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Hela cells CV g::Halo7-Tag, stable</td>
			<td >Appelhans et al., NanoLett 2012</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Hela cells Tom20::Halo7-Tag, stable</td>
			<td >Appelhans et al., NanoLett 2012</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Image splitter</td>
			<td >Photometrics</td>
			<td >Dual-View QV2</td>
			<td>image splitter emission</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Imaging processing software&#160;</td>
			<td >ImageJ2 / Fiji</td>
			<td >freeware</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Immersion Oil - ImmersolTM 518 F (ne = 1.518, ve = 45)</td>
			<td >Carl Zeiss Jena GmbH</td>
			<td >444960-0000-000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Inverted epifluorescence microscope</td>
			<td >Olympus IX-71/73/83</td>
			<td ></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Laser 561 nm, 200 mW</td>
			<td >CrystaLaser</td>
			<td>CL-561-200</td>
			<td>561 nm emission</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Laser 642 nm, 140 mW</td>
			<td >Omicron</td>
			<td >Luxx-642-140</td>
			<td>642 nm emission</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >MATLAB</td>
			<td >MathWorks</td>
			<td >version R2013a</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >MEM with Earle&#39;s Balanced Salt Solution 2.2 g/L NaHCO3, stable glutamine w/o PR</td>
			<td >Biochrom</td>
			<td >FG-0385</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >MEM with Earle&#39;s Balanced Salt Solution with 2.2 g/L NaHCO3, stable glutamine, Phenolred</td>
			<td >Biochrom</td>
			<td >FG-0325</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >MitoTracker&#174; Deep Red FM</td>
			<td >Thermo Fisher Scientific</td>
			<td >M22426</td>
			<td>dye</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >MitoTracker&#174; Green FM</td>
			<td >Thermo Fisher Scientific</td>
			<td >M7514</td>
			<td>dye</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Multi-mode-optical polarization maintaining monomode fiber</td>
			<td >Pointsource/Qioptiq</td>
			<td></td>
			<td>KineFLEX</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >NHS-PEG-MAL, Rapp Polymer&#160;</td>
			<td >Rapp Polymere GmbH T&#252;bingen</td>
			<td ></td>
			<td>coverslip coating</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >non-essential amino acids (NEAA)</td>
			<td >Biochrom</td>
			<td >#0802E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >PEG 800 (Polyethylene glycol) 10 %</td>
			<td >Carl Roth GmbH</td>
			<td >Art No. 0263.1</td>
			<td>coverslip coating</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Penicillin/Streptomycin</td>
			<td >Biochrom</td>
			<td >#0122E</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Plasmid for PINK1-Halo7-Tag expression</td>
			<td >Beinlich et al., ACS Chemical Biology 2015</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Poly-L-lysine (1.2 mg/ml)</td>
			<td >Sigma-Aldrich &#38; Co.</td>
			<td >Cat. No.P9155</td>
			<td>coverslip coating</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >RGD Peptide (Ac-CGRGDS-COOH)</td>
			<td >Coring System Diagnostix GmbH, Gernsheim</td>
			<td ></td>
			<td>coverslip coating / Intergrin receptor motif</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Silicon Rhodamine linked to HaloTag&#174;-Ligand (SiRHTL)&#160;</td>
			<td >personal gift from Kai Johnson</td>
			<td ></td>
			<td>dye</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Software analysis plugin</td>
			<td >self-written C. P. Richter, Biophysik Osnabr&#252;ck</td>
			<td >SLIMFAST 16g</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tetramethylrhodamine / SNAP-Cell&#174; TMR-Star linked to SNAP-Ligand (TMRstar)&#160;</td>
			<td >New England Biolab&#174;</td>
			<td >S9105S</td>
			<td>dye</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Tetramethylrhodamine linked to HaloTag&#174;-Ligand (TMRHTL)&#160;</td>
			<td >Promega</td>
			<td >G8251</td>
			<td>dye</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >TIRF condensor</td>
			<td >Olympus</td>
			<td>Cell^TIRF MITICO System</td>
			<td>TIRF condensor</td>
		</tr>
		<tr >
			<td >TIRF microscope controlling software</td>
			<td >Olympus cellSens 1.12</td>
			<td ></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >TIRF objective</td>
			<td>Olympus</td>
			<td>150x oil objective (N.A. 1.45; Olympus UAPO)</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Trypsin/EDTA 10x</td>
			<td >Biochrom</td>
			<td >#0266</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr >
			<td >Water H2O 99,5 % Rotipuran&#174; Low organic&#160;</td>
			<td >Carl Roth GmbH</td>
			<td >Art. No. HN57.1</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

multi-color localization microscopy of single membrane proteins in organelles of live mammalian cells

Conoscenza circa la localizzazione delle proteine in subcomparti cellulare è fondamentale per capire la loro funzione specifica. Qui, presentiamo una tecnica di Super-risoluzione che permette per la determinazione del microcompartments che sono accessibili per le proteine generando localizzazione e tracciamento di mappe di queste proteine. Inoltre, da microscopia localizzazione multi-colore, la localizzazione e tracciamento profili delle proteine in diversi subcomparti sono ottenuti simultaneamente. La tecnica è specifica per le cellule vive e si basa sull'imaging ripetitivo delle proteine di membrana mobile singolo. Le proteine di interesse sono geneticamente fuso con specifici, i cosiddetti self-etichettatura tag. Questi tag sono enzimi che reagiscono con un substrato in modo covalente. Coniugato di questi substrati sono coloranti fluorescenti. Reazione delle proteine enzima-etichetta con la fluorescenza etichettato risultati di substrati in proteine con etichettate. Qui, tetrametilrodamina (TMR) e silicio rodamina (SiR) vengono utilizzati come coloranti fluorescenti attaccati ai substrati degli enzimi. Utilizzando concentrazioni di substrato nel pM a Nm, Sub-stechiometrico etichettatura è raggiunto che si traduce in segnali distinti. Questi segnali sono localizzati con ~ 15 – 27 nm precisione. La tecnica permette per l'imaging multi-colore di singole molecole, per cui il numero di colori è limitato dalla disponibili coloranti membrana permeabile e il repertorio di enzimi con etichetta automatica. Per determinare la localizzazione dell'enzima di controllo di qualità (Pten) mostreremo la fattibilità della tecnica-indotta della chinasi 1 (PINK1) in diversi compartimenti mitocondriali durante l'elaborazione in relazione alle altre proteine di membrana. Il test per vere interazioni fisiche tra proteine diversamente con etichetta singole di singola molecola FRET o co-rilevamento è limitato, però, perché i gradi d'etichettatura Bassi diminuiscono la probabilità di avere due proteine adiacenti con l'etichetta allo stesso tempo. Mentre la tecnica è forte per l'imaging di proteine nei compartimenti di membrana, nella maggior parte dei casi non è opportuno determinare la localizzazione delle proteine solubili altamente mobile.

Analisi di imaging e colocalizzazione di multi-colore può contribuire a determinare la localizzazione sub-organellari delle proteine. Abbiamo dimostrato questo in precedenza con la fosfatasi citosolica e tensin omologo, PINK1, che ha diverse sedi sub-mitocondriali dovute alla sua lavorazione da proteasi mitocondriale17. PINK1 è un fattore importante, garantendo la funzionalità mitocondriale34,35. Per det...

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Multi-color Localization Microscopy of Single Membrane Proteins in Organelles of Live Mammalian Cells

Qui, presentiamo un protocollo per la localizzazione di multi-colore delle proteine di membrana singola in organelli delle cellule vive. Per allegare fluorofori, proteine self-etichettatura sono usate. Proteine, trova in scomparti di diverse membrane dell'organello stesso, possono essere localizzati con una precisione di ~ 18 nm.

Microscopia di multi-colore localizzazione delle proteine di membrana singola in organelli delle cellule di mammiferi dal vivo

Knowledge about the localization of proteins in cellular subcompartments is crucial to understand their specific function. Here, we present a ...

Research

JoVE Journal

Biology

Long-term Imaging Mammalian Cells using Wide-Field Microscopy

A lungo termine Imaging cellule di mammifero utilizzando Wide-Field Microscopia

Ricerca

Biologia

Photoconversion of Purified Fluorescent Proteins and Dual-probe Optical Highlighting in Live Cells

Fotoconversione di proteine ​​purificate fluorescenti ed evidenziazione ottica dual-sonda in cellule vive

Photoconvertible fluorescent proteins (pc-FPs) are a class of fluorescent proteins with "optical highlighter" capability, meaning that the color of ...

Crystallization of Membrane Proteins in Lipidic Mesophases

Cristallizzazione delle proteine ​​di membrana lipidica in Mesophases

Membrane proteins perform critical functions in living cells related to signal transduction, transport and energy transformations, and, as such, are ...

Nano-fEM: Protein Localization Using Photo-activated Localization Microscopy and Electron Microscopy

Nano-Fem: la localizzazione delle proteine ​​Usando Photo-attivato Microscopia Localizzazione e microscopia elettronica

Mapping the distribution of proteins is essential for understanding the function of proteins in a cell. Fluorescence microscopy is extensively used for ...

Use of a Robot for High-throughput Crystallization of Membrane Proteins in Lipidic Mesophases

L&#39;utilizzo di un robot per High-throughput cristallizzazione delle proteine ​​di membrana in mesofasi lipidici

Structure-function studies of membrane proteins greatly benefit from having available high-resolution 3-D structures of the type provided through ...

Harvesting and Cryo-cooling Crystals of Membrane Proteins Grown in Lipidic Mesophases for Structure Determination by Macromolecular Crystallography

Cristalli di raccolta e di Cryo-raffreddamento delle proteine ​​di membrana Grown in mesofasi lipidici per la determinazione della struttura di cristallografia macromolecolare

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Intravitale Microscopia per le strutture Imaging subcellulari in topi vivi Esprimere proteine ​​fluorescenti

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In vivo Clonal Tracking of Hematopoietic Stem and Progenitor Cells Marked by Five Fluorescent Proteins using Confocal and Multiphoton Microscopy

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In vivo clonale Monitoraggio di staminali ematopoietiche e cellule progenitrici Contrassegnato da cinque proteine ​​fluorescenti che utilizzano confocale e microscopia Multiphoton

We developed and validated a fluorescent marking methodology for clonal tracking of hematopoietic stem and progenitor cells (HSPCs) with high spatial and ...

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