Name: تسليط الضوء على المؤلف: كشف النقاب عن ديناميكيات الإشارات الميكانيكية والكيميائية الحيوية في أبحاث التشكل الحيواني
Uploaded: 2024-01-19T13:55:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Unveiling the Dynamics of Mechanical and Biochemical Signals in Animal Morphogenesis Research at JoVE.com

نود أن نشكر الدكتورة جينيفر أ. زالن على توفير خط ذبابة الفاكهة Sqh-GFP ودعم التطوير الأولي لهذه التقنية ، والدكتور فرانسوا شويسغوث لتوفير خط ذبابة الفاكهة Notch-GFP. تم دعم هذا العمل بتمويل من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين (32270809) إلى H.H.Yu ، ودعم مالي سخي وموظفين من كلية علوم الحياة ، SUSTech ، وتمويل ل Y. Yan من لجنة Shenzhen للعلوم والابتكار التكنولوجي / JCYJ20200109140201722.

أجريت التجارب وفقا للمبادئ التوجيهية وموافقة كلية علوم الحياة ، جامعة SUSTech. الكائن الحي المستخدم هو ذبابة الفاكهة الميلانوجاستر ، والأنماط الجينية هي Notch-Knockin-GFP (الكروموسوم X) و Sqh-sqh-GFP (الكروموسوم الثاني) ، التي توفرها بسخاء مختبرات الدكتور فرانسوا شويسغوث (معهد باستور) والدكتورة جنيف?...

تعزيز تصور البروتين باستخدام التصوير المباشر بوساطة الأجسام المضادة

<ol>
	<li>Coons, A. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+beginnings+of+immunofluorescence.">The beginnings of immunofluorescence.</a> Journal of Immunology (Baltimore, Md). 87, 499-503 (1961).</li><li>Arthur, G., 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=Harnessing+the+power+of+the+antibody.">Harnessing the power of the antibody.</a> The Lancet Respiratory Medicine. 4 (3), 181-182 (2016).</li><li>Im, K., Mareninov, S., Diaz, M. F. P., Yong, W. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biobanking,+methods+and+protocols.">Biobanking, methods and protocols.</a> Methods in Molecular Biology. 1897, 299-311 (2018).</li><li>Ragkousi, K., Gibson, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epithelial+integrity+and+cell+division:+Concerted+cell+cycle+control.">Epithelial integrity and cell division: Concerted cell cycle control.</a> Cell Cycle. 17 (4), 399-400 (2018).</li><li>Herszterg, S., Leibfried, A., Bosveld, F., Martin, C., Bellaiche, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interplay+between+the+dividing+cell+and+its+neighbors+regulates+adherens+junction+formation+during+cytokinesis+in+epithelial+tissue.">Interplay between the dividing cell and its neighbors regulates adherens junction formation during cytokinesis in epithelial tissue.</a> Developmental Cell. 24 (3), 256-270 (2013).</li><li>Shimomura, O., Johnson, F. H., Saiga, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Extraction,+purification+and+properties+of+aequorin,+a+bioluminescent+protein+from+the+luminous+hydromedusan,+aequorea.">Extraction, purification and properties of aequorin, a bioluminescent protein from the luminous hydromedusan, aequorea.</a> Journal of Cellular and Comparative Physiology. 59 (3), 223-239 (1962).</li><li>Chalfie, M., Tu, Y., Euskirchen, G., Ward, W. W., Prasher, D. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Green+fluorescent+protein+as+a+marker+for+gene+expression.">Green fluorescent protein as a marker for gene expression.</a> Science. 263 (5148), 802-805 (1994).</li><li>Boshart, 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=A+very+strong+enhancer+is+located+upstream+of+an+immediate+early+gene+of+human+cytomegalovirus.">A very strong enhancer is located upstream of an immediate early gene of human cytomegalovirus.</a> Cell. 41 (2), 521-530 (1985).</li><li>Brand, A. H., Perrimon, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Targeted+gene+expression+as+a+means+of+altering+cell+fates+and+generating+dominant+phenotypes.">Targeted gene expression as a means of altering cell fates and generating dominant phenotypes.</a> Development. 118 (2), 401-415 (1993).</li><li>Rodriguez, E. A., 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=The+growing+and+glowing+toolbox+of+fluorescent+and+photoactive+proteins.">The growing and glowing toolbox of fluorescent and photoactive proteins.</a> Trends in Biochemical Sciences. 42 (2), 111-129 (2016).</li><li>Berg, E. A., Fishman, J. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Labeling+antibodies+using+N+-Hydroxysuccinimide+(NHS)-fluorescein.">Labeling antibodies using N -Hydroxysuccinimide (NHS)-fluorescein.</a> Cold Spring Harbor Protocols. 2019 (3), (2019).</li><li>Saerens, D., 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=Identification+of+a+universal+VHH+framework+to+graft+non-canonical+antigen-binding+loops+of+camel+single-domain+antibodies.">Identification of a universal VHH framework to graft non-canonical antigen-binding loops of camel single-domain antibodies.</a> Journal of Molecular Biology. 352 (3), 597-607 (2005).</li><li>Loncar, D., Singer, S. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+membrane+formation+during+the+cellularization+of+the+syncytial+blastoderm+of+Drosophila.">Cell membrane formation during the cellularization of the syncytial blastoderm of Drosophila.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 92 (6), 2199-2203 (1995).</li><li>Lye, C. M., Naylor, H. W., Sanson, B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Subcellular+localisations+of+the+CPTI+collection+of+YFP-tagged+proteins+in+Drosophila+embryos.">Subcellular localisations of the CPTI collection of YFP-tagged proteins in Drosophila embryos.</a> Development. 141 (20), 4006-4017 (2014).</li><li>Iordanou, E., Chandran, R. R., Blackstone, N., Jiang, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=RNAi+interference+by+dsRNA+injection+into+Drosophila+embryos.">RNAi interference by dsRNA injection into Drosophila embryos.</a> Journal of Visualized Experiments. 50, e2477 (2011).</li><li>Figard, L., Sokac, A. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Imaging+cell+shape+change+in+living+Drosophila+embryos.">Imaging cell shape change in living Drosophila embryos.</a> Journal of Visualized Experiments. 49, e2503 (2011).</li><li>Campos-Ortega, J. A., Hartenstein, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+embryonic+development+of+Drosophila+melanogaster.">The embryonic development of Drosophila melanogaster.</a> , 9-102 (1997).</li><li>Ho, D. M., Artavanis-Tsakonas, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Notch-mediated+proliferation+circuitry.">The Notch-mediated proliferation circuitry.</a> Current Topics in Developmental Biology. 116, 17-33 (2016).</li><li>Kopan, R., Ilagan, X. G., Ma, <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+canonical+Notch+signaling+pathway:+unfolding+the+activation+mechanism.">The canonical Notch signaling pathway: unfolding the activation mechanism.</a> Cell. 137 (2), 216-233 (2009).</li><li>Fehon, R. G., 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=Molecular+interactions+between+the+protein+products+of+the+neurogenic+loci+Notch+and+Delta,+two+EGF-homologous+genes+in+Drosophila.">Molecular interactions between the protein products of the neurogenic loci Notch and Delta, two EGF-homologous genes in Drosophila.</a> Cell. 61 (3), 523-534 (1990).</li><li>Struhl, G., Greenwald, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Presenilin+is+required+for+activity+and+nuclear+access+of+Notch+in+Drosophila.">Presenilin is required for activity and nuclear access of Notch in Drosophila.</a> Nature. 398 (6727), 522-525 (1999).</li><li>Henrique, D., Schweisguth, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+Notch+signaling:+a+simple+logic+deployed+in+time+and+space.">Mechanisms of Notch signaling: a simple logic deployed in time and space.</a> Development. 146 (3), dev172148 (2019).</li><li>Trylinski, M., Mazouni, K., Schweisguth, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Intra-lineage+fate+decisions+involve+of+notch+receptors+basal+to+the+midbody+in+drosophila+sensory+organ+precursor+cells.">Intra-lineage fate decisions involve of notch receptors basal to the midbody in drosophila sensory organ precursor cells.</a> Current Biology. 27 (15), 2239.e3-2247.e3 (2017).</li><li>Hunter, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+kinases+and+phosphatases:+The+Yin+and+Yang+of+protein+phosphorylation+and+signaling.">Protein kinases and phosphatases: The Yin and Yang of protein phosphorylation and signaling.</a> Cell. 80 (2), 225-236 (1995).</li><li>Glenney, J. R., Zokas, L., Kamps, M. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monoclonal+antibodies+to+phosphotyrosine.">Monoclonal antibodies to phosphotyrosine.</a> Journal of Immunological Methods. 109 (2), 277-285 (1988).</li><li>Hunter, T., Cooper, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Epidermal+growth+factor+induces+rapid+tyrosine+phosphorylation+of+proteins+in+A431+human+tumor+cells.">Epidermal growth factor induces rapid tyrosine phosphorylation of proteins in A431 human tumor cells.</a> Cell. 24 (3), 741-752 (1981).</li><li>Yu, H. H., Zallen, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Abl+and+Canoe/Afadin+mediate+mechanotransduction+at+tricellular+junctions.">Abl and Canoe/Afadin mediate mechanotransduction at tricellular junctions.</a> Science. 370 (6520), eaba5528 (2020).</li><li>Martin, A. C., Kaschube, M., Wieschaus, E. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Pulsed+contractions+of+an+actin&#8211;myosin+network+drive+apical+constriction.">Pulsed contractions of an actin&#8211;myosin network drive apical constriction.</a> Nature. 457 (7228), 495-499 (2009).</li></ol>

يحدد هذا الإجراء المقدم الطريقة المتخصصة لوضع العلامات الفلورية بالأجسام المضادة المخصصة والحقن اللاحق في أجنة ذبابة الفاكهة في المراحل المبكرة. تسهل هذه التقنية التصور في الوقت الفعلي للبروتينات أو التعديلات اللاحقة للترجمة الموجودة بكميات منخفضة والتي يصعب ملاحظتها عادة من خلا?...

التألق المناعي هو تقنية أساسية لبيولوجيا الخلية الحديثة التي طورها في الأصل ألبرت كونز ، والتي تمكن من اكتشاف الجزيئات في مقصوراتها الخلوية الأصلية وتوصيف التركيبات الجزيئية للعضيات أو الآلات تحت الخلوية1. إلى جانب التلاعب الجيني ، يساعد التألق المناعي في تأسيس المفهوم المقبول الآن بأن توطين البروتين ضروري لوظيفته2. بصرف النظر عن الأجسام المضادة الأولية المحددة والأصباغ الفلورية الساطعة ، يعتمد نجاح هذه التقنية على عملية أولية تسمى التثبيت والنفاذية ، والتي تحافظ على التشكل الخلوي ، وتشل المستضدات ، وتزيد من إمكانية الوصول إلى الأجسام المضادة في المقصورات داخل الخلايا. حتما ، فإن عملية التثبيت والنفاذية ستقتل الخلايا وتنهي جميع العمليات البيولوجية3. لذلك ، يوفر التألق المناعي لقطات فقط لرحلة حياة البروتينات. ومع ذلك ، فإن العديد من العمليات البيولوجية مثل هجرة الخلايا والانقسامات ديناميكية بطبيعتها ، وتتطلب التحقيق في سلوكيات البروتين بطريقة مكانية زمانية 4,5.
لفحص ديناميات البروتين في الكائنات الحية ، تم تطوير طرق التصوير الحية القائمة على البروتينات الفلورية المشفرة وراثيا مثل البروتين الفلوري الأخضر (GFP) 6 والمجاهر عالية السرعة متحدة البؤر. باختصار ، يمكن التلاعب بالبروتين محل الاهتمام وراثيا ليتم دمجه مع GFP7 ، ثم يتم التعبير عنه خارجيا من المروجين الفيروسي أو الخميرة مثل الفيروس المضخم للخلايا (CMV) 8 أو تسلسل التنشيط المنبع (UAS)9. نظرا لأن GFP ذاتي الفلورسنت بطبيعته ، فلا يلزم وجود أجسام مضادة مقترنة بالفلوروفور للكشف عن توطين البروتينات المستهدفة ، والتي تتجاوز ضرورة العمليات الأولية للتثبيت أو النفاذية. على مدى العقدين الماضيين ، تم تطوير علامات الفلورسنت التي تغطي الطيف الكامل للأطوال الموجية10 ، مما يتيح التصوير الحي متعدد الألوان للعديد من البروتينات المستهدفة في نفس الوقت. ومع ذلك ، بالمقارنة مع الأصباغ الفلورية المهندسة كيميائيا مثل AlexaFluor أو ATTO ، فإن التألق الذاتي لهذه البروتينات الفلورية المشفرة وراثيا ضعيف نسبيا وغير مستقر عند التعبير عنه من المروجين الداخليين ، خاصة أثناء التصوير المباشر على نطاقات زمنية أطول10. في حين يمكن التخفيف من هذا النقص عن طريق الإفراط في التعبير عن البروتينات المستهدفة الموسومة بالفلورسنت ، فإن العديد من الأنشطة الأنزيمية مثل الكينازات والفوسفاتاز تعطل بشدة العمليات البيولوجية الطبيعية إذا لم يتم التعبير عنها على المستويات الفسيولوجية.
يقدم هذا البروتوكول طريقة تتيح إضاءة الهدف القائمة على الأجسام المضادة الضوئية في إعداد صورة حية ، مما يسمح بشكل أساسي بالتألق المناعي دون عملية التثبيت أو النفاذية (الشكل 1). من خلال تفاعل أمين أولي بسيط قائم على NHS11 ، يمكن للمرء أن يقترن الأصباغ الفلورية مثل AlexaFluor 488 أو 594 مع أي جسم مضاد أولي أو GFP / HA / Myc nanobody12. بالاستفادة من ميزة تطورية تتمثل في أن جميع الخلايا الجنينية لذبابة الفاكهة تشترك في سيتوبلازم مشترك خلال المرحلة13 من المخلوي ، يمكن للمرء تحقيق ارتباط المستضد والإضاءة عبر الأجنة بأكملها بعد حقن الأجسام المضادة المترافقة بالصبغة. مع توسيع مكتبات البروتينات الموسومة داخليا المتوفرة في ذبابة الفاكهة وأنظمة النماذجالأخرى 14 ، يمكن لهذه الطريقة توسيع تطبيقات هذه المكتبات من خلال الكشف عن ديناميكيات البروتينات الموسومة بالفلورسنت منخفضة الوفرة وغيرها من البروتينات غير الموسومة بالفلورسنت (HA / Myc-tagged) في الأنسجة الحية.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Agarose</td>
			<td>Sangon Biotech</td>
			<td>&#160;A620014&#160;</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 594 Antibody Labeling Kit</td>
			<td>Invitrogen&#160;</td>
			<td>A20185</td>
			<td>Purification column from step 1.6 is included in this kit</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Biological Microscope</td>
			<td>SOPTOP</td>
			<td>EX20</td>
			<td>Eyepiece lens: PL 10X/20. Objective lens: 10x/0.25</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bleach</td>
			<td>Clorox&#174;</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Borosilicate Glass Capillaries</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>TW100F-4</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Eppendorf</td>
			<td>5245</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell Strainer</td>
			<td>FALCON</td>
			<td>352350</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Desiccation chamber&#160;</td>
			<td>LOCK&#38;LOCK</td>
			<td>HSM8200</td>
			<td>320ml</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissecting Microscope</td>
			<td>Mshot</td>
			<td>MZ62</td>
			<td>Eyepiece lens: WF10X/22mm.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Double-sided Tape</td>
			<td>Scotch</td>
			<td>665</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fine Super Tweezer</td>
			<td>VETUS</td>
			<td>ST-14</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand&#8482; Cover Glasses: Rectangles</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>12-545F</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fisherbrand&#8482; Superfrost&#8482; Plus Microscope Slides</td>
			<td>Fisherbrand</td>
			<td>12-550-15</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Forcep</td>
			<td>VETUS</td>
			<td>33A-SA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Halocarbon oil 27</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H8773-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Halocarbon oil 700</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H8898-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Heptane</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H2198-1L</td>
			<td>Heptane glue is made of double-sided tape immersed in heptane</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dehydration reagent&#160;</td>
			<td>TOKAI</td>
			<td>1-7315-01</td>
			<td>Fill to 90% volume of the dessication chamber</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Manual Micromanipulator</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>M3301R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette puller</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>PUL-1000</td>
			<td>Procedure: step 1, Heat: 290, Force:300, Distance:1.00, Delay:50. 
			Step 2, Heat: 290, Force:300, Distance:2.21, Delay:50&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pneumatic picopump</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>PV 830</td>
			<td>Eject: 20 psi;&#160; Range: 100ms; Duration: timed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PY20</td>
			<td>Santa Cruz</td>
			<td>SC-508</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Square petri dishes</td>
			<td>Biosharp</td>
			<td>BS-100-SD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GFP nanobody</td>
			<td>Chromotek</td>
			<td>gt</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

visualizing low-abundance proteins and post-translational modifications in living drosophila embryos via fluorescent antibody injection

أدى تصور البروتينات في الخلايا الحية باستخدام GFP (بروتين الفلورسنت الأخضر) وعلامات الفلورسنت الأخرى إلى تحسين فهم توطين البروتين وديناميكياته ووظيفته بشكل كبير. بالمقارنة مع التألق المناعي ، يعكس التصوير الحي بشكل أكثر دقة توطين البروتين دون حدوث قطع أثرية محتملة ناتجة عن تثبيت الأنسجة. الأهم من ذلك ، يتيح التصوير الحي التوصيف الكمي والزمني لمستويات البروتين والتوطين ، وهو أمر بالغ الأهمية لفهم العمليات البيولوجية الديناميكية مثل حركة الخلية أو انقسامها. ومع ذلك ، فإن أحد القيود الرئيسية لنهج وضع العلامات الفلورية هو الحاجة إلى مستويات تعبير عالية بما فيه الكفاية من البروتين لتحقيق تصور ناجح. وبالتالي ، لا يمكن اكتشاف العديد من البروتينات الفلورية الموسومة داخليا بمستويات تعبير منخفضة نسبيا. من ناحية أخرى ، يمكن أن يؤدي التعبير خارج الرحم باستخدام المروجين الفيروسيين في بعض الأحيان إلى سوء توطين البروتين أو تغيرات وظيفية في السياقات الفسيولوجية. لمعالجة هذه القيود ، يتم تقديم نهج يستخدم الكشف عن البروتين بوساطة الأجسام المضادة الحساسة للغاية في الأجنة الحية ، مما يؤدي بشكل أساسي إلى التألق المناعي دون الحاجة إلى تثبيت الأنسجة. كدليل على المبدأ ، يمكن تصور مستقبلات Notch الموسومة داخليا والتي بالكاد يمكن اكتشافها في الأجنة الحية بنجاح بعد حقن الأجسام المضادة. علاوة على ذلك ، تم تكييف هذا النهج لتصور تعديلات ما بعد الترجمة (PTMs) في الأجنة الحية ، مما يسمح بالكشف عن التغيرات الزمنية في أنماط فسفرة التيروزين أثناء التطور الجنيني المبكر والكشف عن مجموعة فرعية جديدة من الفوسفوتيروزين (p-Tyr) تحت الأغشية القمية. يمكن تعديل هذا النهج لاستيعاب الأجسام المضادة الأخرى الخاصة بالبروتين أو العلامات أو PTM ويجب أن يكون متوافقا مع الكائنات الحية النموذجية الأخرى القابلة للحقن أو خطوط الخلايا. يفتح هذا البروتوكول إمكانيات جديدة للتصوير الحي للبروتينات منخفضة الوفرة أو PTMs التي كان من الصعب اكتشافها في السابق باستخدام طرق وضع العلامات الفلورية التقليدية.

Immunofluorescence is a cornerstone technique of modern cell biology originally developed by Albert Coons, which enables the detection of molecules at their native cellular compartments and characterization of the molecular compositions of subcellular organelles or machineries1. Coupled with genetic manipulations, immunofluorescence helps establish the now well-accepted concept that protein localization is essential for its function2. Aside from specific primary antibodies and bright fluorescent dyes, the success of this technique relies on a preliminary process named fixation and permeabilization, which preserves cellular morphologies, immobilizes antigens, and increases the accessibility of antibodies into intracellular compartments. Inevitably, the fixation and permeabilization process would kill cells and terminate all biological processes3. Therefore, immunofluorescence only provides snapshots of the life journey of proteins. However, many biological processes such as cell migration and divisions are dynamic in nature, requiring investigation of protein behaviors in a spatial-temporally resolved manner4,5.
To examine protein dynamics in living organisms, live imaging methods based on genetically encoded fluorescent proteins such as green fluorescent protein (GFP)6 and high-speed confocal microscopes have been developed. Briefly, the protein of interest can be genetically manipulated to be fused with GFP7, and then ectopically expressed from viral or yeast promoters such as cytomegalovirus (CMV)8 or upstream activation sequence (UAS)9. Because GFP is autofluorescent in nature, no fluorophore-coupled antibodies are required to reveal the localization of target proteins, which bypasses the necessity of preliminary processes of fixation or permeabilization. Over the last two decades, fluorescent tags spanning the whole spectrum of wavelength have been developed10, enabling multi-color live imaging of several target proteins at the same time. However, compared to chemically engineered fluorescent dyes such as AlexaFluor or ATTO, the autofluorescence of these genetically encoded fluorescent proteins is relatively weak and unstable when expressed from endogenous promoters, especially during live imaging over longer time scales10. While this shortfall can be mitigated by over-expressing fluorescently tagged target proteins, many with enzymatic activities such as kinases and phosphatases severely disrupt normal biological processes if not expressed at physiological levels.
This protocol presents a method that enables photostable antibody-based target illumination in a live image setup, essentially allowing immunofluorescence without the process of fixation or permeabilization (Figure 1). Through a simple NHS-based primary amine reaction11, one can conjugate fluorescent dyes such as AlexaFluor 488 or 594 with essentially any primary antibody or GFP/HA/Myc nanobody12. Taking advantage of a developmental feature that all Drosophila embryonic cells share a common cytoplasm during the syncytium stage13, one can achieve antigen binding and illumination across entire embryos after the injection of dye-conjugated antibodies. With expanding libraries of endogenously tagged proteins available in Drosophila and other model systems14, this method can potentially broaden applications of these libraries by revealing dynamics of low-abundance fluorescently tagged proteins and other non-fluorescently tagged (HA/Myc-tagged) proteins in living tissues.

تسليط الضوء على المؤلف: كشف النقاب عن ديناميكيات الإشارات الميكانيكية والكيميائية الحيوية في أبحاث التشكل الحيواني 

تصور البروتينات منخفضة الوفرة والتعديلات اللاحقة للترجمة في أجنة ذبابة الفاكهة الحية عن طريق حقن الأجسام المضادة الفلورية

We aim to understand how mechanical and biochemical signals correlate animal morphogenesis, including the detection and the response to forces by cells and molecules. More molecules have been discovered to be mechanosensitive, functioning differently under varying levels of tension. However, the physiological context and the function of these force-sensitive events remain largely unknown.Due to the dynamic nature of force-sensitive events, our field largely relies on high-speed fluorescence imaging and time-lapse recording to capture molecular and cellular behaviors. Many fluorescently-tagged proteins are not bright enough to be imaged, and it requires spatial-temporal resolution without significant bleach. On the other hand, traditional immunofluorescence methods can only capture a snapshot of molecular and cellular fixture after fixation.This method paves the way to dynamically track the localization of many low-abundance protein receptors of major signaling pathways, such as Notch, Wnt, and the BMP pathways. Eventually, in addition to the traditional linear signaling cascades, we can pinpoint and where the signaling events occur at the subcellular scales.

لإثبات مزايا طريقة حقن الأجسام المضادة على التصوير الحي القائم على علامة الفلورسنت أو التألق المناعي ، تم توفير دراستي حالة تميزان التوطين الديناميكي لمستقبل الغشاء منخفض الوفرة ، Notch ، ونوع من التعديل بعد الترجمة يسمى فسفرة التيروزين في الأجنة الحية.
يلعب نشاط إشارات الش?...

Watch this Scientific Journal Video about Unveiling the Dynamics of Mechanical and Biochemical Signals in Animal Morphogenesis Research at JoVE.com

يصف هذا البروتوكول وضع العلامات الفلورية المخصصة القائمة على الأجسام المضادة وحقنها في أجنة ذبابة الفاكهة المبكرة لتمكين التصوير المباشر للبروتينات منخفضة الوفرة أو التعديلات اللاحقة للترجمة التي يصعب اكتشافها باستخدام أساليب GFP / mCherry-tag التقليدية.

Visualization of proteins in living cells using GFP (Green Fluorescent Protein) and other fluorescent tags has greatly improved understanding of protein ...

نحن نهدف إلى فهم كيفية ارتباط الإشارات الميكانيكية والكيميائية الحيوية بين التشكل الحيواني ، بما في ذلك الكشف عن القوى والاستجابة لها من قبل الخلايا والجزيئات. تم اكتشاف المزيد من الجزيئات لتكون حساسة ميكانيكيا ، وتعمل بشكل مختلف تحت مستويات متفاوتة من التوتر. ومع ذلك ، فإن السياق الفسيولوجي ووظيفة هذه الأحداث الحساسة للقوة لا تزال غير معروفة إلى حد كبير.نظرا للطبيعة الديناميكية للأحداث الحساسة للقوة ، يعتمد مجالنا إلى حد كبير على التصوير الفلوري عالي السرعة وتسجيل الفاصل الزمني لالتقاط السلوكيات الجزيئية والخلوية. العديد من البروتينات الموسومة بالفلورسنت ليست ساطعة بما يكفي لتصويرها ، وتتطلب دقة مكانية وزمانية بدون مبيض كبير. من ناحية أخرى ، يمكن لطرق التألق المناعي التقليدية التقاط لقطة من التركيب الجزيئي والخلوي فقط بعد التثبيت.تمهد هذه الطريقة الطريق لتتبع توطين العديد من مستقبلات البروتين منخفضة الوفرة لمسارات الإشارات الرئيسية ديناميكيا ، مثل Notch و Wnt ومسارات BMP. في النهاية ، بالإضافة إلى شلالات الإشارات الخطية التقليدية ، يمكننا تحديد ومكان حدوث أحداث الإشارات على المقاييس دون الخلوية.

visualizing-low-abundance-proteins-post-translational-modifications

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

Visualizing Low-Abundance Proteins and Post-Translational Modifications in Living Drosophila Embryos via Fluorescent Antibody Injection

Visualization of proteins in living cells using GFP (Green Fluorescent Protein) and other fluorescent tags has greatly improved understanding of protein localization, dynamics, and function. Compared to immunofluorescence, live imaging more accurately reflects protein localization without potential artifacts arising from tissue fixation. Importantly, live imaging enables quantitative and temporal characterization of protein levels and localization, crucial for understanding dynamic biological processes such as cell movement or division. However, a major limitation of fluorescent tagging approaches is the need for sufficiently high protein expression levels to achieve successful visualization. Consequently, many endogenously tagged fluorescent proteins with relatively low expression levels cannot be detected. On the other hand, ectopic expression using viral promoters can sometimes lead to protein mislocalization or functional alterations in physiological contexts. To address these limitations, an approach is presented that utilizes highly sensitive antibody-mediated protein detection in living embryos, essentially performing immunofluorescence without the need for tissue fixation. As proof of principle, endogenously GFP-tagged Notch receptor that is barely detectable&#160;in living embryos can be successfully visualized after antibody injection. Furthermore, this approach was adapted to visualize post-translational modifications (PTMs) in living embryos, allowing the detection of temporal changes in tyrosine phosphorylation patterns during early embryogenesis and revealing a novel subpopulation of phosphotyrosine (p-Tyr) underneath apical membranes. This approach can be modified to accommodate other protein-specific, tag-specific, or PTM-specific antibodies and should be compatible with other injection-amenable model organisms or cell lines. This protocol opens new possibilities for live imaging of low-abundance proteins or PTMs that were previously challenging to detect using traditional fluorescent tagging methods.

This protocol describes the customized antibody-based fluorescence labeling and injection into early Drosophila embryos to enable live imaging of low-abundance proteins or post-translational modifications that are challenging to detect using traditional GFP/mCherry-tag approaches.