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

Författarna vill tacka biofysik koncernen och Jacob Piehler vid universitetet i Osnabrück för kontinuerligt stöd, Wladislaw Kohl för tekniskt bistånd och beredning av material och CellNanOs styrelsen för att tillhandahålla Mikroskop för användning. Projektet finansierades av SFB 944.

Följande protokoll följer riktlinjerna i den lokala institution forskningsetisk kommittén.
1. metoder
<ol><li>
Cellkultur
	<ol>
<li>Odla celler, till exempel HeLa cells (mänskliga livmoderhalsen karcinom), i en T25 cell kultur kolv innehållande 5 mL odlingsmedium vid 37 ° C och 5% CO2. Obs: För imaging, dela upp cellerna på beredda coverslips (se steg 1.3 och 1.4) och hålla i imaging medium.</li>
	</ol>
</li>
	<li>
Cell transfection<br...

<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>

Här, presenterades en teknik för dubbel färg enda molekyl lokalisering av mobil membranproteiner. Efter de protokoll, membranproteiner är smält till egen märkning proteiner som reagerar med de rodamin färgämnena TMR och SiR konjugerat till deras respektive substrat. Rodamin färgämnen är ljusa och fotostabilt och därmed tillåta för repetitiva imaging1. För framgångsrika resultat måste flera villkor och kritiska ämnen hållas i åtanke.
Först, är det v...

Målet med detta protokoll är att tillhandahålla en tänkbar metod för att lokalisera och spåra enda membranproteiner inuti levande celler. Vi kallar denna metod spårning och lokalisering mikroskopi (TALM)1,2. Stokastiska optiska återuppbyggnad mikroskopi (STORM)3 och fluorescensmikroskopi ljusaktivering lokalisering ((F) PALM)4,5är TALM en enda molekyl-baserade fluorescens lokalisering teknik. Dock skiljer det på sätt att rörligheten för membranproteiner i kombination med repetitiva avbildning av samma märkt molekyl på olika positioner avslöjar den microcompartment som är tillgänglig för mobila protein. Med andra ord, anges de möjliga lokaliseringar av protein av arkitekturen av organell och rörlighet av protein1. Metoden är ett komplement till olika andra super-upplösning tekniker6,7,8 eftersom det avslöjar lokalisering och bollbana kartor av imaging mobila proteiner. Märkningen är baserad på använda genmanipulerade fusionsproteinerna som är i sig icke-fluorescerande. Dessa fusionsproteinerna egen märkning enzymer som reagerar kovalent med ett substrat som konjugerat med ett färgämne. Detta förfarande har fördelen att märkning graden kan vara styrs av mängden tillsatt substrat. Det går dessutom för att variera färgen på fluorescens, beroende på den valda konjugerade färgämnen. Flera egenföretagare märkning enzym-taggar är tillgänglig9. En annan fördel med att använda egen märkning enzym-taggar, att de konjugerade färgämnena oftast är mer stabil och ljusare än fluorescerande proteiner1 och enskilda proteiner därför kan föras in längre och mer exakt tills de är blekt. Detta möjliggör inspelning av banor av mobila proteiner och utvinning av diffusion koefficienter10,11.
Här vi demonstrera genomförbarheten av TALM med mitokondriell membranproteiner, men den kan också tillämpas för andra intra - och extra - celler membranproteiner, inklusive annan cell typer12,13. Vi visar att flerfärgade TALM ytterligare möjliggör samtidiga skillnaden av proteiner i olika subcompartments i komplettering till befintliga super-resolution fluorescence mikroskopi tekniker14,15, 16. TALM är kompatibel med levande cell imaging17. Foto-fysik av de valda rhodamines tetrametylrodamin (TMR) och Silicon-Rhodamien (SiR), i synnerhet deras ljusstyrka och stabilitet, gör det möjligt att registrera enstaka membranproteiner över flera ramar som tillhandahåller lokalisering (och bana) kartor. TALM är dock begränsad för lokalisering av lösliga proteiner med hög Diffusionskoefficienterna eftersom rörelseoskärpa är för hög och de insamlade fotonerna per ram är för låg för korrekt lokalisering. Dessutom kräver TALM mindre excitation ström än till exempel STORM eller stimulerad Emission utarmning (STED) mikroskopi6,7, minska fototoxiska effekter. Detta är viktigt, eftersom fototoxisk stress påverkar ofta organellar morfologi18 och därmed rörlighet analys19. Sammanfattningsvis vi presentera flerfärgade TALM i levande celler som en teknik som fyller ett tomrum mellan lokalisering mikroskopi metoderna STORM/STED / (F) PALM och tekniker som analysera protein rörlighet såsom fluorescens återhämtning efter fotoblekning (FRAP)20 ,21, fluorescens korrelation spektroskopi (FCS)22och fluorescens cross korrelation spektroskopi (S.K.)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

Kunskap om lokaliseringen av proteiner i cellulär subcompartments är avgörande för att förstå deras specifika funktion. Här presenterar vi en super resolution-teknik som möjliggör bestämning av den microcompartments som är tillgängliga för proteiner genom att generera lokalisering och spårning kartor av dessa proteiner. Dessutom av flerfärgade lokalisering mikroskopi erhålls lokaliseringen och spårning profiler av proteiner i olika subcompartments samtidigt. Tekniken är specifik för levande celler och är baserad på den repetitiva avbildning av enda mobila membranproteiner. Proteiner av intresse är genetiskt smält med specifika, så kallade egen märkning taggar. Dessa taggar är enzymer som reagerar med ett substrat i en kovalent sätt. Konjugerat till dessa substrat är fluorescerande färger. Reaktion av enzym-märkta proteiner med fluorescensen märkt substrat resultat i märkta proteiner. Här, används tetrametylrodamin (TMR) och Silicon rodamin (SiR) som fluorescerande färgämnen bifogas substratesna för enzymerna. Genom att använda substrat koncentrationer i pM för nM spektrum, som sub stökiometriska märkning uppnås som resulterar i distinkta signaler. Dessa signaler är lokaliserade med ~ 15 – 27 nm precision. Tekniken möjliggör flerfärgade avbildning av enstaka molekyler, varigenom antalet färger begränsas av de tillgängliga membran-permeable färgämnena och repertoaren av egen märkning enzymer. Vi visar genomförbarheten av tekniken genom att bestämma localizationen av enzymet kvalitetskontroll (PT)-inducerad kinase 1 (PINK1) i olika mitokondriella fack under behandlingen i förhållande till andra membranproteiner. Testet för sann fysisk interaktion mellan olikt märkt enstaka proteiner av enda molekyl bandet eller samtidig spårning är begränsad, men eftersom de låg märkning graderna minska sannolikheten för att ha två intilliggande proteiner märkt samtidigt. Även tekniken är stark för imaging proteiner i membran fack, i de flesta fall är det inte lämpligt att bestämma localizationen av lättrörliga lösliga proteiner.

Flerfärgade imaging och colocalization analys kan hjälpa för att fastställa den sub-organellar lokaliseringen av proteiner. Vi visat detta tidigare med cytosoliska fosfatas och Tenzin homologt, PINK1, som har olika sub-mitokondriell platser på grund av dess bearbetning av mitokondriell proteaser17. PINK1 är en viktig faktor som garanterar mitokondriella funktioner34,35. Att bestämma localizationen av...

Watch this Scientific Journal Video about Multi-color Localization Microscopy of Single Membrane Proteins in Organelles of Live Mammalian Cells at JoVE.com

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

Här presenterar vi ett protokoll för flerfärgade lokalisering av enda membranproteiner i organeller av levande celler. Bifoga fluorophores genom används egen märkning proteiner. Proteiner, beläget i olika membran fack i samma organell, kan lokaliseras med en precision av ~ 18 nm.

Flerfärgade lokalisering mikroskopi av enda membranproteiner i organeller av levande däggdjursceller

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

Långsiktiga Imaging däggdjursceller med Wide-området mikroskopi

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

Photoconversion renat fluorescerande proteiner och Dual-probe optisk markering i levande celler

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

Kristallisering av membranproteiner i Lipidic 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: proteinlokalisering Använda Photo-aktiverad lokalisering Mikroskopi och elektronmikroskopi

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

Användning av en robot för hög kapacitet Kristallisering av membranproteiner i lipidisk mesofaser

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

Avverkning och Cryo-kylning Kristaller av membranproteiner som odlas i lipida mesofaser för strukturbestämning genom Makromolekylär kristallografi

An important route to understanding how proteins function at a mechanistic level is to have the structure of the target protein available, ideally at ...

Monitoring Plasmid Replication in Live Mammalian Cells over Multiple Generations by Fluorescence Microscopy

Övervakning plasmidreplikation i Live däggdjursceller över flera generationer genom fluorescensmikroskopi

Few naturally-occurring plasmids are maintained in mammalian cells.  Among these are genomes of gamma-herpesviruses, including Epstein-Barr virus  (EBV) ...

Intravital Microscopy for Imaging Subcellular Structures in Live Mice Expressing Fluorescent Proteins

Intravital Mikroskopi för Imaging subcellulära strukturer i levande möss som uttrycker fluorescerande proteiner

Here we describe a procedure to image subcellular structures in live rodents that is based on the use of confocal intravital microscopy. As a model organ, ...

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

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

In vivo Klon Spårning av hematopoetiska stam och progenitorceller märkta med fem fluorescerande proteiner med hjälp Konfokal och multifoton mikroskopi

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

Efficient Mammalian Cell Expression and Single-step Purification of Extracellular Glycoproteins for Crystallization

Effektiv Mammalian Cell Expression och Single-steg Rening av extracellulära glykoproteiner för kristallisation

Production of secreted mammalian proteins for structural and biophysical studies can be challenging, time intensive, and costly. Here described is a time ...