Method Article
Nous présentons ici un protocole qui implique de photoactivatable spectralement distincte génétiquement couplé et des protéines fluorescentes. Ces chimères de la protéine fluorescente permettent de quantification de la fraction de PA-FP est photoactivation être fluorescents, c'est-à-dire l’efficacité de photoactivation. Le protocole indique que les différents modes de photoactivation rendement photoactivation différentes efficacités.
Photoactivatable et - protéines fluorescentes convertibles (PA-FPs) ont été utilisés en microscopie de fluorescence cellules vivantes pour analyser la dynamique des cellules et des ensembles de protéines. Jusqu’ici, aucune méthode n’a été disponible à quantifier en vrac et en live cellules exprimé combien du PA-SFP sont photoactivation de fluorescence.
Ici, nous présentons un protocole mettant en cause des règles internes, c'est-à-dire génétiquement couplés protéines fluorescentes spectralement distinctes (photoactivatable), à ratiometrically quantifier la fraction de tous les PA-MF intégré à une cellule qui s’allument pour être fluorescent. Utilisant ce protocole, nous montrons que les différents modes de photoactivation donné photoactivation différentes efficacités. Courte photoactivation haute puissance avec un confocal laser scanning microscope (CLSM) a entraîné jusqu'à quatre fois plus faible photoactivation efficacité que des centaines d’expositions bas niveau appliquées par CLSM ou une brève impulsion appliquée par widefield illumination. Alors que le protocole a été exemplifié ici pour GFP (PA-) et Cherry (PA-), il peut en principe être appliqué à n’importe quelle paire de protéine fluorescente photoactivatable ou et spectralement distinctes et tout montage expérimental.
En 2002, le premier largement applicable photoactivatable (PA-GFP1) et des protéines fluorescentes et (Kaede2) ont été décrits. Ces protéines fluorescentes surligneur optique modifier leurs propriétés spectrales lors de l’irradiation UV-lumière, c'est-à-dire, ils deviennent lumineux (protéines fluorescentes photoactivatable, c.-à-d., PA-FPs), ou changer leur couleur (et Images/s). A ce jour, plusieurs réversibles et irréversibles photoactivatable et et protéines fluorescentes ont été développés3,4. Dans les études d’ensemble ou en vrac, surligneurs optiques ont été utilisés pour étudier la dynamique des cellules entières ou des protéines et la connectivité des compartiments subcellulaires. En outre, surligneurs optique activées seule molécule basée superrésolution imaging techniques telles que PALM5 et6de la FPALM.
Bien que la photochimique traite pendant photoactivation ou - conversion ont été décrits pour de nombreuses optiques surligneurs et structures cristallographiques même avant et après photoactivation / - conversion ont disponible7 , 8, le mécanismephysique sous-jacent de photo de photoactivation et - conversion n’est pas complètement élucidé. En outre, jusqu’ici seulement brutes estimations existent de l’efficacité de photoactivation et - conversion, c'est-à-dire la fraction des protéines fluorescentes exprimées autrement dit effectivement photoconverted ou photoactivation être fluorescent. Des études in vitro ensemble ont été signalés à quantifier la Maj dans les spectres d’absorption et de la quantité de natif et activé des protéines dans un gel9,10,11.
Nous présentons ici un protocole impliquant les chimères de la protéine fluorescente afin d’évaluer la fraction des protéines fluorescentes photoactivation en vrac et dans des cellules vivantes. Chaque fois que travaillant avec des protéines fluorescentes génétiquement encodés, la quantité absolue de la protéine exprimée varie de cellule en cellule et ne connaît pas. Si une cellule exprimant une PA-FP présente un signal plus clair après photoactivation qu’une autre cellule, on ne peut pas différencier si ce signal lumineux est due à une expression plus élevée de la PA-FP ou une photoactivation plus efficace du PA-FP. Pour uniformiser le niveau d’expression dans les cellules, nous introduisons des règles internes de protéines fluorescentes spectralement distinctes génétiquement couplés. Par couplage de l’information génétique d’une protéine fluorescente photoactivatable à un spectralement distincts toujours en protéines fluorescentes, règles internes sont créés qui sera toujours exprimé pour un montant inconnu, mais dans une quantité relative fixe et connue de 1 : 1. cette stratégie permet la caractérisation quantitative des différents régimes photoactivation lumière UV, c'est-à-dire l’évaluation de la quantité relative de PA-FPs pouvant être photoactivées avec différents modes de photoactivation, et permet donc pour définir des schémas de photoactivation qui sont plus efficaces que d’autres. En outre, cette stratégie permet en principe de l’évaluation de la quantification absolue de la fraction de photoactivation PA-FP. À cette fin, il est important de réaliser que les études d’ensemble présenté sont fondés sur l’intensité qui rend l’analyse plus complexe comme décrit dans le présent protocole. Paramètres déterminant l’intensité de fluorescence mesurée, c'est-à-dire différentes luminosité moléculaire, absorbance et spectres d’émission et effets de la frette, doivent être examinées lors de la comparaison des intensités de fluorescence de différentes protéines fluorescentes.
La quantification de basé sur l’intensité ratiométrique présenté de photoactivation efficacité est illustrée pour PA-GFP et PA-Cherry dans des cellules vivantes, mais est en principe largement applicables et peut être utilisée pour n’importe quelle protéine fluorescente photoactivatable sous aucune conditions expérimentales.
1. Construction de plasmide
2. Culture et Transfection des cellules
3. imagerie et Photoactivation
4. image Analysis and algorithme pour ratiométrique fondés sur l’intensité de Quantification de Photoactivation efficacité
Le protocole présenté ici montre la quantification logométrique de la fraction des protéines fluorescentes qui sont photoactivées d’être fluorescente (Figure 1). Cette fraction est différent selon le mode de photoactivation.
Le résultat typique à l’aide de photoactivation de haute puissance peu de temps avec un confocal laser scanning microscope (CLSM) est affiché à la Figure 2C. Après titration de la puissance du laser telle que mesurée à la lentille de l’objectif par pixel s’attarder temps et transmission ATOF, l’efficacité maximale de photoactivation PA-GFP était d’environ 8 % et les PA-cerise environ 16 %. L’efficacité de photoactivation comparativement faible des PA-GFP et PA-Cherry peut s’expliquer par photoactivation simultanée et - destruction lorsqu’il est exposé à un flux continu de déterministe des photons par CLSM. Les durées de vie de fluorescence plus courtes et les spectres d’absorption différentes, tronqué à droite de la rouge PA-FPs peut contribuer à l’efficacité supérieure de photoactivation de PA-cerise par rapport aux PA-GFP.
À l’aide de laser de faible puissance et des centaines d’itérations, une plus grande efficacité de photoactivation est possible. 450 itérations de la lumière UV livré par un CLSM sur un total de 4 min a donné un rendement de photoactivation de 29 % pour PA-GFP (Figure 3C). L’efficacité supérieure de photoactivation avec exposition répétée aux photons de la lumière UV peut suggérer un processus multipas photoactivation. Par ailleurs, la lumière UV appliquée est assez forte pour photoactivate mais pas assez pour photodestruct qui conduit cumulatifs au fil du temps à une fraction plus élevée de photoactivation protéines fluorescentes.
Avec widefield d’illumination, les fluorophores stochastique et répétitivement affleurent à 405 nm photons. Ici, l’exposition pour seulement 250 ms a donné un rendement de photoactivation de 29 % pour PA-GFP.
Figure 1 : Concept de la façon de déterminer l’efficacité de photoactivation en vrac et dans des cellules vivantes. En couplant des protéines fluorescentes spectralement distinctes, règles internes sont créés qui permettre l’évaluation de base intensité ratiométrique de photoactivation efficacité. Les intensités mesurées de PA-cerise et PA-GFP étaient liées aux intensités attendues. Intensités attendues provenaient de déterminer l’intensité de la fluorescence des protéines fluorescentes toujours sur GFP-Cherry, GFP-PA-Cherry ou chimères GFP-PA-Cherry avant photoactivation. Figure de Renz et Wunder 201717. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 2 : en vrac GFP-PA-cerise et photoactivation de PA-GFP-Cherry (a) (b), instantanément et complètement que possible à l’aide d’un microscope confocal à balayage laser dans des cellules vivantes. 8 % de PA-GFP exprimé était photoactivation avec un temps de pause de pixel de 2 µs et une transmission AOTF de 38 %, entraînant dans la puissance du laser de 90 μW, telle que mesurée à la lentille de l’objectif et 3 itérations (c). Augmentant la puissance de 405 nm laser n’a pas augmenté l’efficacité de photoactivation. Figure de Renz et Wunder 201717. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Figure 3 : itérative photoactivation de faible puissance avec un microscope confocal à balayage laser (a) et le rendement de photoactivation élevé court widefield haute puissance éclairage b rendement. 29 % des PA-GFP a été photoactivées avec un temps de pause de pixel de 2 µs et une transmission AOTF de 6 %, entraînant dans la puissance du laser de 40 μW, telle que mesurée à 450 itérations (c) et l’objectif. Figure de Renz et Wunder 201717. S’il vous plaît cliquez ici pour visionner une version agrandie de cette figure.
Jusqu’ici, aucune méthode n’existait pour déterminer, en vrac, la fraction de PA-FPs exprimées dans des cellules vivantes qui est photoactivées d’être fluorescente. Le protocole présenté peut être utilisé pour n’importe quelle paire de protéine fluorescente spectralement distinctes. Bien qu’illustrée ici pour l’irréversible PA-FPs PA-GFP et PA-cerise, cette approche est en principe applicable aux protéines et ainsi. La protéine fluorescente spectralement distincte, toutefois, doit être sélectionnée avec soin afin de minimiser le chevauchement spectral étant donné que les protéines fluorescentes et déplacement leur absorption et les spectres d’émission, par exemple du vert à fluorescence rouge.
Comme indiqué ci-dessus, il est important de préciser que l’approche présentée est ratiométrique et fondés sur l’intensité. Il peut être utilisé pour normaliser le niveau d’expression inconnue dans les cellules et définir les différences relatives de photoactivation efficacité de différents modes de photoactivation. Le protocole permet également d’évaluer la fraction absolue de photoactivation PA-FPs. Ensuite, différentes propriétés spectrales de différents FPs doivent être prises en compte.
La luminosité moléculaire (MB) est le produit du rendement quantique (QY), coefficient d’extinction (EC) et pourcentage absorbance à la longueur d’onde d’excitation donnée par rapport à la pointe de l’absorbance. Pour cerise12 et13de la PA-Cherry, des valeurs respectives de QY et EC ont été publiées. Le pourcentage absorbance à la longueur d’onde d’excitation donnée de 543 nm par rapport au pic d’absorbance est de 0,5 et 0,7, respectivement.
MBcerise = 0,22 * 72 000 * 0,5 = 7 920
MoPA-cerise = 0,46 * 18 000 * 0,7 = 5 796
Ainsi, la luminosité moléculaire inférieure de PA-Cherry par rapport à la cerise peut tenir compte en divisant j’aiRed_expected de 1,37 (dérivé de 7 920/5 796).
Cependant, on ne sait pas dans quelles conditions de photoactivation la luminosité moléculaire publiée de PA-Cherry a été déterminée. C’est important, étant donné que nous montrons ici que le mode de photoactivation passe la fraction mesurée de photoactivation PA-FPs. En outre, pour les versions monomères comprenant la mutation A206K. par exemple, mEGFP et PA-mEGFP, aucun luminosité moléculaire n’a été publié.
Dans cette approche ratiométrique intensité, la luminosité moléculaire du PA-SFP et les homologues FP toujours actif dans une première approximation ont été considérés identiques. Nous avons décidé sur cette approche, puisque (i) pour certains FPs aucun moléculaire de la luminosité n’a été signalée, et (ii) on ignore jusqu'à présent dans la rubrique loin différents modes de photoactivation peuvent influer sur la luminosité moléculaire du PA-SFP rapportée dans la littérature. En outre, (iii) pour une analyse comparative de la connaissance de la luminosité moléculaire n’est pas nécessaire ; Il est seulement nécessaire pour la détermination fondés sur l’intensité de la fraction absolue de photoactivation PA-FPs, ce qui peut être calculée comme indiqué ci-dessus.
Notre approche impliquant les chimères de la protéine fluorescente comme dirigeants internes montre qu’une exposition différente à la lumière UV donne photoactivation différentes efficacités. Ainsi, il définit des options comme la fraction photoactivate une plus grande PA-FP et atteindre un meilleur rapport signal sur bruit. En outre, elle ouvre des possibilités de façon différentielle photoactivate PA-FPs différents dans la même cellule donnée leur réponse différentielle à lumière UV ou à différentiellement photoactivate le même PA-FP dans différents compartiments subcellulaires par exposant différemment à la lumière UV. En résumé, notre protocole aidera davantage la compréhension quantitative des processus cellulaires à l’aide de PA-FPs en microscopie des cellules vivantes.
Les auteurs n’ont rien à divulguer.
Nous tenons à remercier le laboratoire Dorigo et le Service d’imagerie de Neuroscience à la Stanford University School of Medicine pour la fourniture d’équipements et espace pour ce projet.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
pEGFP-N1 mammalian cell expression vector | Clontech | ||
DMEM w/o phenol red | Thermo Fisher Scientific | 11054020 | |
Trypsin w/o phenol red | Thermo Fisher Scientific | 15400054 | |
L-Glutamine (200 mM) | Thermo Fisher Scientific | 25030081 | |
HEPES | Thermo Fisher Scientific | 15630080 | |
LabTek 8-well chambers #1.0 | Thermo Fisher Scientific | 12565470 | |
Fugene 6 | Promega | E2691 |
Demande d’autorisation pour utiliser le texte ou les figures de cet article JoVE
Demande d’autorisationThis article has been published
Video Coming Soon