The authors have no Acknowledgements.

1. תא הכנה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תאי גידול <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לגדול ד תאים discoideum במדיום AX ב 23 ° C תחת אור בצלחות בתרבית רקמה. אל תשאיר את התאים בצפיפויות גבוהות מעל 75% confluency. הערה: לקבלת מענה מיטבי לחום מתח, תאים צריך להיות בשלב הצמיחה המעריכית וצריך לא הגיעו בשלב נייח. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> היום לפני ההדמיה, תאים התפצלו בינוני קרינה נמוך (LFM) 1 x 10 4 תאים / מיליליטר. הערה: שלב זה הוא הכרחי כדי להפחית קרינת רקע הנגרם על ידי מדיום AX. זמן הדגירה יכול להיות מופחת למינימום של 2 שעות. עם זאת, שלפוחית ​​נלקחה במדיום AX עדיין יכולה ליצור כמה אות רקע לאחר 2 שעות. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תאי הכנות לקראת מיקרוסקופיה <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לפני ההדמיה, תאי קציר מהצלחת רקמות LFM ולהעביר מספר מספיק של תאים לתוך מנות תחתיות זכוכית. הערה: בדרך כלל,1 x 10 5 תאים / המ&quot;ל מספיק; עם זאת, אם הגדרת הניסוי דורשת תקופות הדמיה ארוכות (יותר מ -8 שעות), מספרים סלולריים צריכים להיות מותאמים בקפידה, כמו ד תאי discoideum יעברו לעבוד מעגל ההתפתחות ולהתחיל להזרים המצרפי אם מספרים סלולריים הם גבוהים בעוד מזינים נמוכים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> אפשר התאים להסתפק 20 דקות. הסרת תאים שאינם התיישבו בזהירות על ידי החלפה הבינונית בשימוש עם מדיום חדש. </li></ol></li></ol> הדמיה 2. הערה: הפרוטוקול יכול לשמש במערכות רחב בתחום כמו גם setups מיקרוסקופיה confocal. שימוש תיבת דגירת בקרת טמפרטורה מכסה את היעדים ואת במת מיקרוסקופ הוא מועיל, עדיין לא חיוני בקרת טמפרטורה. הטמפרטורה של תיבת הדגירה מוגדרת הטמפרטורה הגבוהה ביותר השתמשה בניסוי, למשל, ל -40 מעלות צלזיוס אם עומס חום מתבצע. אחרת, את הטמפרטורה מוגדרת 256; C. שינויי טמפרטורה צריכות להתבצע מראש על מנת לאפשר למערכת להסתגל, כמו שינויי הטמפרטורה במהלך ההדמיה יכולים להשפיע על המוקד. הערה: במהלך הדמיה, הטמפרטורה נשלטת באמצעות תא קירור. טמפרטורת ברירת המחדל עבור הדמית תאים שאינם הדגיש היא 23 מעלות צלזיוס. תנאי עומס חום, הטמפרטורה גדלה בהתאם לרמה הרצויה. אלמנט פייזו בתא הקירור יכול להגיב מהר מאוד אל משמרת הטמפרטורה. עם זאת, ההתמקדות של התמונות תשתנה במקצת (זה יכול לסטות עד 20 מיקרומטר בהתאם במשמרת הטמפרטורה). לפיכך refocusing הידנית נדרשת בתוך הדקות הראשונות של רכישת תמונה, אלא אם מיקרוסקופ המשמש מצויד עם דגש אוטומטי חומרה. <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונת רכישה בתנאים שאינם הדגישו <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תאי תמונה בתנאים שאינם הדגיש ב 23 ° C, לרכוש מינימום של 6 שדות מבט (FOVs). הערה: מצב ללא מתח יכול להיות visualizאד או על ידי הקלטת זמן לשגות קצר (5-30 דקות) או רכישת סטילס נציג. עבור כל קו תנאי או תא לרכוש מינימום של 6 שדות מבט (FOVs). הערה: במקרה תאים בודדים הם בעלי עניין, למקם את התאים המתאימים באמצע FOV ולהקליט סדרת אריח 3 x 3 עם FOV המכיל את התאים של עניין באמצע ד. תאי discoideum הם ניע ועלולים להעביר מתוך FOV. עם זאת, סדרת האריח 3 x 3 מגדילה את השטח בחן באופן פוטנציאלי על ידי התא של עניין והוא נשאר למעקב לתקופות זמן לשגות של ~ 6 שעות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> רוכשת Z- ערימות של 7 מיקרומטר מקסימלית 1-0.25 מיקרומטר צעדים כדי ללכוד את כל נפח התא. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לרכוש תמונה בשדה בהיר התייחסות להעריך את המספר הכולל של תאים. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונת רכישה עבור עומס חום <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> כוון את הטמפרטורה של חדר הקירור עד 30 מעלות צלזיוס על פי הוראות היצרן. &lt;/ Li&gt; <li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר תצוגת הטמפרטורה הגיעה לערך הרצוי, ולמקד ידני בערוץ השדה הבהיר ולבדוק כל FOVs שנרשם לפני תחילת הזמן לשגות. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> התחל זמן לשגות עבור 4 שעות של עומס חום עם מרווח זמן של 5-10 דקות בין נקודות זמן. בדוק אם נכונה התמקדות במהלך רכישת שתי נקודות בפעם הראשונה. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תמונת רכישה במהלך התאוששות <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> לאחר עומס החום, להפחית את הטמפרטורה בחזרה ל -23 מעלות צלזיוס, ולחכות תצוגת טמפרטורה להתאים ולמקד באופן ידני. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שיא זמן לשגות סרטים ב שלב ההחלמה במשך 8-10 שעות ב 10-20 במרווחים דקות זמן. בדקו אם נכונו התמקדות במהלך הרכישה של הנקודה לראשונה. </li></ol></li></ol> ניתוח תמונה 3. הערה: כדי לכמת את מספר תאי מחסה מוקדי cytosolic, להעריך את המספר הכולל של תאים ואת מספר התאים עם מוקדי cytosolic בכל זמןמִסגֶרֶת. בשל הקושי של פילוח תאים מתמונות שדה בהירים, כימות צריכות להתבצע באופן ידני. בחלק הבא, ניתוח נתונים מתואר עבור חבילת עיבוד תמונה חינם ((http://fiji.sc/Fiji). זה דורש את הפלאגין &quot;מונה תא&quot; (http://fiji.sc/Cell_Counter). <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הערכת מספר כולל של תאים <ol style=";text-align:right;direction:rtl"><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את ערימת תמונה בשדה הבהירה (XYT) על ידי לחיצה על &quot;קובץ&quot; ו &quot;פתח&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את תוסף &quot;תא מונה&quot; ( &quot;תוספים&quot; - &quot;מונה תא&quot;). טען את ערימת תמונה על ידי לחיצה על &quot;אתחול&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את הסוג המתאים של מונים על ידי סימון התיבה המתאימה. הערה: שימוש מסוג 1 כמו דלפק עבור מספר כולל של תאים מסוג 2 כמו דלפק עבור תאים עם מוקדי cytosolic. לספור את כל התאים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> שמור את הסמנים על ידי לחיצה על &quot;שמור סמנים&quot;. </li></ol></li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> הערכת מספר התאים עם מוקדי cytosolic <ol style=";text-align:right;direction:rtl"> &lt;li&gt; טען את hyperstack תמונה הקרינה (XZYT) ( &quot;קובץ&quot; - &quot;פתח&quot;) ולעשות הקרנת העוצמה המקסימלית באמצעות &quot;Z-מקרן&quot; (תמונה / ערימות). </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> פתח את התוסף &quot;תא המונה&quot;. טען את ערימת התמונה המתקבלת (XYT) על ידי לחיצה על &quot;אתחול&quot;. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> טען את הסמנים על ידי לחיצה על &quot;מרקרים טען&quot;. זהירות: שמות הקבצים של תמונת התייחסות ערימת הקרינה חייבים להיות זהים. במידת הצורך, לשנות בהתאם לפני אתחול מחסנית התמונה. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> בחר את סוג הסמן המתאים (ראה 3.1.3) ולספור תאים עם מוקדי cytosolic. הסמנים קיימים יכולים לשמש הדרכה לתפקיד של תאים בודדים. </li><li style=";text-align:right;direction:rtl"> תחזר את מספר ספירות לכל פרוסה על ידי לחיצה על &quot;תוצאות&quot; ולשמור את הספירה במקום אחרת לחישובים נוספים. </li></ol></li></ol>

<ol>
	<li>Bonner, J. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Evidence+for+the+Formation+of+Cell+Aggregates+by+Chemotaxis+in+the+Development+of+the+Slime+Mold+Dictyostelium+Discoideum.">Evidence for the Formation of Cell Aggregates by Chemotaxis in the Development of the Slime Mold Dictyostelium Discoideum.</a> Journal of Experimental Zoology. 106 (1), 1-26 (1947).</li><li>Loomis, W. F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cell+signaling+during+development+of+Dictyostelium.">Cell signaling during development of Dictyostelium.</a> Developmental Biology. 391 (1), 1-16 (2014).</li><li>Nichols, J. M. E., Veltman, D., Kay, R. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Chemotaxis+of+a+model+organism:+progress+with+Dictyostelium.">Chemotaxis of a model organism: progress with Dictyostelium.</a> Current Opinion in Cell Biology. 36, 7-12 (2015).</li><li>Williams, J. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dictyostelium+finds+new+roles+to+model.">Dictyostelium finds new roles to model.</a> Genetics. 185 (3), 717-726 (2010).</li><li>M&#252;ller-Taubenberger, A., Kortholt, A., Eichinger, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Simple+system+-+substantial+share:+The+use+of+Dictyostelium+in+cell+biology+and+molecular+medicine.">Simple system - substantial share: The use of Dictyostelium in cell biology and molecular medicine.</a> European Journal of Cell Biology. 92 (2), 45-53 (2013).</li><li>Malinovska, L., Palm, S., Gibson, K., Verbavatz, J. M., Alberti, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Dictyostelium+discoideum+has+a+highly+Q/N-rich+proteome+and+shows+an+unusual+resilience+to+protein+aggregation.">Dictyostelium discoideum has a highly Q/N-rich proteome and shows an unusual resilience to protein aggregation.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 112 (20), E2620-E2629 (2015).</li><li>Malinovska, L., Alberti, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+misfolding+in+Dictyostelium:+Using+a+freak+of+nature+to+gain+insight+into+a+universal+problem.">Protein misfolding in Dictyostelium: Using a freak of nature to gain insight into a universal problem.</a> Prion. 9 (5), 339-346 (2015).</li><li>Schneider, K., Bertolotti, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Surviving+protein+quality+control+catastrophes+-+from+cells+to+organisms.">Surviving protein quality control catastrophes - from cells to organisms.</a> Journal of Cell Science. 128 (21), 3861-3869 (2015).</li><li>Dobson, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+folding+and+misfolding.">Protein folding and misfolding.</a> Nature. 426 (6968), 884-890 (2003).</li><li>Fukui, Y., Yumura, S., Yumura, T. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Agar-overlay+immunofluorescence:+high-resolution+studies+of+cytoskeletal+components+and+their+changes+during+chemotaxis.">Agar-overlay immunofluorescence: high-resolution studies of cytoskeletal components and their changes during chemotaxis.</a> Methods in cell biology. 28, 347-356 (1987).</li><li>Graf, R., Rietdorf, J., Zimmermann, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live+cell+spinning+disk+microscopy.">Live cell spinning disk microscopy.</a> Microscopy Techniques. 95, 57-75 (2005).</li><li>Samereier, M., Meyer, I., Koonce, M. P., Graef, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Live+Cell-Imaging+Techniques+for+Analyses+of+Microtubules+in+Dictyostelium.">Live Cell-Imaging Techniques for Analyses of Microtubules in Dictyostelium.</a> Methods in cell biology. 97, 341-357 (2010).</li><li>Herman, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Stationary+phase+in+yeast.">Stationary phase in yeast.</a> Current opinion in microbiology. 5 (6), 602-607 (2002).</li><li>Loomis, W. F., Wheeler, S., Wheeler, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Heat+shock+response+of+Dictyostelium.">Heat shock response of Dictyostelium.</a> Developmental Biology. 79 (2), 399-408 (1980).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

הפרוטוקול המתואר כאן יכול לשמש כדי לחקור את ההתנהגות של חלבון מסוים של ריבית בתגובה ללחץ חום נגרם. העלאת הטמפרטורה ל -30 מעלות צלזיוס דווחה כדי לעורר תגובה חום מתח בתנאים אלה את הכדאיות של ד discoideum מצטמצם במידה ניכרת. שינויים הפרוטוקול יכול להיות שונה כדי להשוות את ההתנהגות של חלבונים שונים באותם תנאי המתח. לשם כך, תאי מבטאי חלבונים שונים עם התג פלורסנט באותו מועברים לתוך מנות רבות גם, כגון ארבע מנות קאמריות (סעיף 1.3.1). הפרוטוקול יכול להיות מיושם גם על תאי שיתוף לבטא חלבונים עם סמנים שונים, כגון GFP או RFP. זה יכול להיות למשל להשתמש כדי לפקח על התנהגותם של מרכיבים שונים של בקרת איכות חלבון (PQC) המערכת. תאים להביע את סמן צבירה מתויג GFP ורכיבי PCQ RFP-tagged שונים ניתן לצפות באמצעות היטב רביםהשביע הדמיה. הדבר מבטיח אותם תנאי המתח (מהירות העלאת טמפרטורה / ירידה, משכו זמן ירידת טמפרטורת גידול /) ומאפשר מחקרים השוואתיים. יתר על כן, הפרוטוקול יכול לשמש כדי לחקור את ההשפעה של מערכת PQC על תגובת עומס חום. הפעילות של הרכיבים יכולה להיות מווסתת על ידי שינוי רמות ביטוי באמצעות כלים גנטיים כגון נוק-אאוט או ביטוי יתר או באמצעות מעכבים ספציפיים זמינים מסחרי 6. הפרוטאזום יכול להיות מעוכב על ידי הוספת MG132 (100 מיקרומטר) או lactacystin (10 מיקרומטר) אל מדיום הגידול. המלווה Hsp90 יכול להיות מעוכבים באמצעות geldanamycin (6 מיקרומטר) או radicicol (10 מיקרומטר). המלווה Hsp70 יכול להיות מעוכב עם VER-155,088, למרות שאנחנו לא יכולים לאשר את היעילות של העיכוב במסגרות הניסיוניות שלנו עד כה. מעכבים יש להוסיף יום אחד לפני הדמית התאים וטופחו במשך 14 שעות. Criti<html> צעדי cal בתוך הפרוטוקול השלב הקריטי להערכת הפרעות החומות נגרם הוא המדינה של התאים לפני ניסוי ההדמיה. מחקרים הראו כי תאי שמרים לרכוש עמידות מגוון של לחצים סביבתיים בשלב נייח 13. אנו הבחנו גם היענות מינימלית עומס החום מיושם אם ד תאי discoideum הגיעו שלב נייח לפני ההדמיה. לכן, שמירה על מספר תא קבוע &lt;5 x 10 5 תאים / מיליליטר הוא קריטי. יתר על כן, מספרים סלולריים גבוהים יכולים לגרום מעבר מהמעגל וגטטיבי של ד Discoideum למעגל התפתחותית, ובכך מפעיל מסלולים רעבים, אשר עלול להוביל לתגובה שונה לחום מתח. אם מספרים סלולריים גבוהים מתקבלים שלב ההחלמה לאחר עומס חום, הזרמה ותאי צבירה יכולים להפריע ניתוח נתונים שעליהם בנויי התאים לנוע מחוץ לפוקוס (ראה איור 4). תוכן &quot;&gt; הגבלת הטכניקה ההפסד של המוקד הוא צוואר הבקבוק של הפרוטוקול. במהלך שינויי טמפרטורה, במישור המוקד יכול להעביר באופן דרסטי, המחייב refocusing ידני פרק זמן מיד לאחר לשינוי הטמפרטורה. הקפצתי את הפוקוס לפעמים יכול להיות קיצוני מדי בכדי להתגבר עליהם על ידי פוקוס אוטומטי תוכנה, במיוחד אם הזמן בין נקודות הזמן הוא גבוה. עם זאת, אם מיקרוסקופ המשמש מצויד פוקוס אוטומטי חומרה, צוואר הבקבוק הזה ניתן לעקוף. משמעות של הטכניקה ביחס שיטות קיימות לשם השוואה עם setups קיים כגון השימוש של חדרים ממוזגים, תיבות דגירת בקרת טמפרטורה מכסות את היעדים ואת הבמה מיקרוסקופ או בשלבי בקרת טמפרטורה וצווארוני מטרה, השימוש בתא קירור מספק שליטה מדויקת יותר של הסביבה טֶמפֶּרָטוּרָה. פלטייה האלמנט בתא הקירור יכול לשמור על TEM קבוע והאחידperature ברחבי ההתקנה הניסיונית. ב setups הקלסית, הבדלי טמפרטורה מקומיים עשויים להוביל לתוצאות תצפית שונות. יתר על כן, הוא יכול להגיב במהירות במהירות לשינויים מושרים הטמפרטורה, בעוד setups הקלסית להסתגל לאט מאוד לשינויי טמפרטורה מושרות, במיוחד הורדת הטמפרטורה. פלטייה אלמנט בתא הקירור יכול גם לכסות טווח טמפרטורה רחב יותר (15-40 מעלות צלזיוס) מ setups הקלאסית, שבה הטמפרטורות להגיע כמו 15 מעלות צלזיוס או 40 ° C הוא מאוד קשה. Discoideum Dictyostelium הוא רגיש במיוחד רעילות צילום. מחקרים קודמים השתמשו ascorbate כמו נבלות להפחית רעילות צילום. עם זאת, תקופות הדמיה ארוכות דורשות תוספת נוספת. יתר על כן, השימוש ascorbate מוגבל ללימודים בהן מנגנון הריבית אינו מושפע תוסף נוגד חמצון. אנו מציעים כי הדמיה שבשליטת הטמפרטורה יכולה לשמש חלופה apprאוח למזער רעילות תמונה וניתן לשלבו עם תוספת של ascorbate להפחית רעילות נוספת. תופעות phototoxic ניתן למזער על ידי מתן טמפרטורה קבועה ואחידה של 23 ° C באמצעות תא קירור. תאים הדמיה באמצעות בקרת טמפרטורה להראות פחות סימנים של רעילות צילום, עיגול תא כזה, במשך פרק זמן ארוך יותר. זה גם מאפשר הדמיה עם עוצמות גבוהות, מרווחי זמן קטנים יותר או יותר שדות נוף (FOVs). יישום כללי עומס חום בטמפרטורות גבוהות הוכח לעורר תגובת לחץ חום שונה 14. לכן, הגדלת הטמפרטורה ל 34 מעלות צלזיוס או 37 ° C עלולה לגרום תגובה שונה. בנוסף לחץ הטמפרטורה מיושם, משך מצב מתח מסוים יכול להיות שונה כדי לחקור את התגובה המיידית או הסתגלות לטווח ארוך לחום מתח. באופן כללי, הפרוטוקול המתואר יכול להיותהתרחב מערך רחב של יישומים. מאחר בקרת הטמפרטורה המדויקת מפחיתה באופן משמעותי אפקטים לתמונה רעילה, הפרוטוקול ניתן להשתמש במסגרות הדורשות זמני חשיפה גבוהים ו / או עוצמות אור עירור גבוהות, למשל, המאפשרים הדמית חלבונים עם רמת ביטוי נמוכה, או בשילוב עם מרווחי זמן קצרים בין הדמיה, למשל, במהלך ההדמיה זמן לשגות. זה גם יכול להיות יתרון עבור הדמיה חפצה פורש התא כולו, למשל, microtubules, כמו הגדרות אלה דורשים מספר גבוה של z-חלקים אופטיים.

Discoideum Dictyostelium הם אמבות בודדות חיים בקרקע הניזונים חיידקים ומיקרואורגניזמים אחרים, אשר נתפסים על ידי phagocytosis. יש לה מחזור חיים ייחודי מדהים כי כבר שטח גדול של מחקר מאז גילויו 1. הריבית בשלב המוקדמת של התפתחות רבה-תאית 2 ואת הבסיס המולקולרי של chemotaxis 3 הושלמה בקרוב על ידי מחקרי התמקדות תנועתיות תא, קוטביות בתא, חסינות מולדת. בנוסף, ד discoideum הוצג כמערכת מודל 4,5 המחקר הביו-רפואי. לאחרונה, הקמנו ד discoideum כמערכת חדשה ללמוד את בקרת איכות חלבון (PQC) 6,7 המערכת. Proteome שלה הוא מועשר בחלבוני צבירה נוטה כמו-פריון, אשר מציב אתגר בפני בקרת איכות חלבון 8. כדי לחקור האם ד discoideum פתחה מנגנונים מולקולריים מיוחדים לשלוט AG ביותר שלהgregation נוטה proteome חקרנו את ההתנהגות של חלבוני סמן נוטה צבירה הוא בתנאי צמיחה נורמלים במהלך מתח. בתנאי עקה, כגון עומס החום, שניתן להשתמש בהם כדי להגביר את קצב חלבון misfolding 9. לכן, חיפשנו מערכת שבה נוכל לגרום שינויי טמפרטורה ובמקביל לעקוב אחר ההתנהגות של חלבונים סמן. לשם כך, אנו בשילוב הדמית תא חי עם חימום מבוקר פלטייה באמצעות כנס במה תרמי (תא קירור). שיטה זו אפשרה לנו לשמור על טמפרטורה קבועה ואחידה וכן לגרום לשינוי טמפרטורה מהיר, עדיין מדויק. הדמית תא חי משמשת ללמוד מגוון של תהליכים ביולוגיים ד discoideum. עם זאת, גישה זו עומדת בפני שתי מגבלות עיקריות. ראשית, התאים להציג תנועתיות גבוהה נוטים להגר אל מחוץ לשדה הראייה, ובכך המעקב של תאים בודדים לעתים קרובות דורש הדמיה של שטח גדול. ניידות התא יכוללהיות מופחת על ידי כיסוי 10 אגרו, עם זאת, תנאים אלה אינם מתאימים הדמיה לטווח ארוכה בשל ירידה כדאיות. שנית, ד תאי discoideum להראות רגישות גבוהה במיוחד רעילות צילום, שתוצאתה עיגול תא מעצר mitotic 11. פרוטוקולים קודמים לטפל בבעיה זו על ידי תוספת של ascorbate כמחסל רדיקלי וצמצום חשיפה פעמים 12. האחרון יכול להיות קריטי אם החלבון של העניין מתבטא ברמות נמוכות ומראה אות קרינה חלשה. המחברים גם מציעים לספק טמפרטורה קבועה של 21 מעלות צלזיוס או על ידי הדמיה בחדר ממוזג או באמצעות תיבות דגירת בקרת טמפרטורה, אשר מכסות את הבמה האובייקטיבית מיקרוסקופ 12. כאן, אנו מתארים שיטה עם בקרת טמפרטורה משופרת באמצעות תא קירור נקבע על 23 מעלות צלזיוס. במהלך הדמית ההגדרה שלנו משפר באופן משמעותי את ההתנגדות רעילה צילום. זהמאפשר את השימוש של פעמי חשיפה גבוהות ועוצמות אור עירור גבוהות. זה הוא בעל חשיבות מיוחדת במהלך ההדמיה זמן לשגות, כפי מרווחי הזמן צריך להיות מאוזן בקפידה מול מספר המשרות צילמו את זמן החשיפה לשמש. האפשרות להגדיל את מספר משרות צלמו גם מאפשרת כיסוי של אזור הדמיה רחב יותר ומקל מעקב של תאים בודדים על פני תקופה ארוכה של זמן.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="587">
	<tbody>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">AX Medium</td>
			<td style="width:85px;">ForMedium</td>
			<td style="width:119px;">AXM0102</td>
			<td style="width:167px;"></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">LoFlo medium</td>
			<td>ForMedium</td>
			<td>LF1001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">MG132</td>
			<td style="width:85px;">Sigma</td>
			<td>C2211</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Lactacystin</td>
			<td style="width:85px;">Sigma</td>
			<td style="width:119px;">L6785</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Geldanamycin</td>
			<td style="width:85px;">Santa Cruz</td>
			<td style="width:119px;">sc-200617</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">Radicicol</td>
			<td style="width:85px;">Santa Cruz</td>
			<td style="width:119px;">sc-200620</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">MatTek disch 35 mm</td>
			<td style="width:85px;">MatTek corporation</td>
			<td style="width:119px;">P35G-1.5-14-C</td>
			<td>glass bottom imaging dish</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:216px;">CellViell cell culture dish</td>
			<td style="width:85px;">Greiner</td>
			<td align="right" style="width:119px;">627870</td>
			<td>4-compartments glass bottom imaging dish</td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Thermal Stage Heater/Cooler Insert</td>
			<td style="width:85px;">Warner Istruments</td>
			<td style="width:119px;">TB-3/CCD</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Bipolar temperature controller</td>
			<td style="width:85px;">Warner Istruments</td>
			<td style="width:119px;">CL-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:216px;">Liquid cooling System</td>
			<td style="width:85px;">Warner Instruments</td>
			<td style="width:119px;">LCS-1</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

studying the protein quality control system of d. discoideum using temperature-controlled live cell imaging

The complex lifestyle of the social amoebae Dictyostelium discoideum makes it a valuable model for the study of various biological processes. Recently, we showed that D. discoideum is remarkably resilient to protein aggregation and can be used to gain insights into the cellular protein quality control system. However, the use of D. discoideum as a model system poses several challenges to microscopy-based experimental approaches, such as the high motility of the cells and their susceptibility to photo-toxicity. The latter proves to be especially challenging when studying protein homeostasis, as the phototoxic effects can induce a cellular stress response and thus alter to behavior of the protein quality control system. 
Temperature increase is a commonly used way to induce cellular stress. Here, we describe a temperature-controllable imaging protocol, which allows observing temperature-induced perturbations in D. discoideum. Moreover, when applied at normal growth temperature, this imaging protocol can also noticeably reduce photo-toxicity, thus allowing imaging with higher intensities. This can be particularly useful when imaging proteins with very low expression levels. Moreover, the high mobility of the cells often requires the acquisition of multiple fields of view to follow individual cells, and the number of fields needs to be balanced against the desired time interval and exposure time.

פרוטוקול ההדמיה המתואר יכול לשמש כדי לנתח את ההתנהגות של חלבוני צבירה נוטה כמו-פריון ב האמבה ד discoideum במהלך עומס חום. איור 1 מציג את התפלגות Q103 חלבון polyglutamine-tagged GFP בתאים בתנאי צמיחה נורמלים (איור 1 א), אחרי 2 שעות של עומס חום על 30 מעלות צלזיוס (איור 1B) ואחרי 6 שעות של התאוששות מתח צמיחה בתנאי צמיחה נורמלית (איור 1 ג). עם עליית טמפרטורה מ -23 ° C עד 30 ° C, סמן GFP-Q103 מתמזג מתוך הפצה מפוזרת כדי punctate מבנים. עם שחרורו וצמיחת לחץ בטמפרטורה רגילה, מבנים אלה לפזר. חלוקים מחדש של Q103-GFP ההיווצרות של מוקדי cytosolic חום הנגרמת מתח ניתן לכמת באמצעות ניתוח תמונה. איור 2 א מראה את ניתוח FOVs הבודד באמצעות פיג&#39;י ואת התוסף &quot;Cell לדלפק &quot;. איור 2B מראה את כימות של תגובת הלחץ החום. זה מראה כי גידול מוקדי Q103-GFP cytosolic במספרים עם עומס חום מתמשך. במהלך עקת חום, חלבון באיכות מלאה (PQC) המערכת הוא המום, ובכך aggregation- חלבונים נוטה כגון Q103 חלבון כמו-הפריון לא יכול להישמר במצב מסיס יותר ויותר המצרפי מוקדים cytosolic. התאים גם להראות עיגול מאפיין, כמתואר באיור 1B. צמצום מוקדי cytosolic לאחר הסרת הלחץ עולה כי מצטברים חלבונים הם מומסים. איכות ההדמיה רגישה צפיפות התא הראשונית. איור 3 מראה דוגמא של תאים לאחר התאוששות מתח, השוואת צפיפות תא ראשונית מתאימה (איור 3 א) ו צפיפות תא ראשונית גבוהה (איור 3). אם צפיפות התאים הראשונית היתה גבוהה מדי, כוכב תאיםטד כדי ליצור זרמי כמתואר איור 3B. זה המטיל קשיים על כימות הבאים בתור התאים עברו מן המטוס מוקד. השיטה המתוארת ניתן להשתמש כדי לעקוב אחר שינויי מושרה טמפרטורה כפי שתואר לעיל. זה יכול לשמש גם כדי להפחית רעילות צילום כאשר הדמיה בטמפרטורת הצמיחה פיזיולוגי. איור 4 מציג השוואה של תא צילמו ב 23 מעלות צלזיוס (איור 4 א) תא הקירור ותאי צילמו ללא בקרת טמפרטורה בחדר ממוזג, להגדיר עד 25 ° C (איור 4B). עם חשיפה מתמדת לאור העירור, תאים לעגל כלפי מעלה כאשר לא צלמו בתנאי בקרת טמפרטורה. שינוי זה בצורת התא הוא המציין מתח. <img alt="איור 1" src="/files/ftp_upload/54730/54730fig1.jpg" /> איור 1: <s<html> טרונג&gt; חלבונים Aggregation נוטה כמו-הפריון לשנות ההפצה הסלולרי שלהם במהלך עומס החום. מתויג GFP אקסון huntingtin polyglutamine עשירי 1 (Q103) באה לידי ביטוי constitutively ב AX2-214 ד תאי discoideum (אות ה- GFP מתוארת בטבלת בדיקה גונית אפור הפוכה). (א) בתנאי צמיחה נורמלים ב 23 ° C, Q103-GFP מופץ מתפזר ברחבי הציטופלסמה. (ב) אחרי שעה 2 של עומס החום על 30 מעלות צלזיוס, Q103-GFP מתמזגת לתוך מוקדים cytosolic (חצים אדומים). התאים להראות שינוי צורה אופייני לעגל כלפי מעלה. (ג) עם שחרורו וצמיחה מתח ב 23 ° C, מוקדי cytosolic מתמוססים. לאחר 6 שעות, ללא מוקדים cytosolic ניתן לצפות. סרגל קנה מידה = 10 מיקרומטר. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54730/54730fig1large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> page = &quot;1&quot;&gt; <img alt="איור 2" src="/files/ftp_upload/54730/54730fig2.jpg" /> איור 2: כימות של היווצרות מוקדי cytosolic חום נגרמת (א) ניתוח של תאים באמצעות החבילה בעיבוד תמונות חינם פיג&#39;י ואת התוסף &quot;מונה Cell&quot;.. הסכום הכולל של תאים (סוג 1, סמני דלפק כחולים) נקבע בתמונה בשדה הבהירה. הסמנים נטענים בערוץ-GFP ואת מספר התאים עם מוקדי cytosolic (סוג 2, סמני דלפק אדומים) נקבע. (ב) כימות של מוקדים לאחר 3 שעות של עומס החום על 30 מעלות צלזיוס ו -3 שעות של התאוששות מתח ב 23 ° C (n = 4 שדות מבט, שגיאה בר = SD). <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54730/54730fig2large.jpg" target="_blank">נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של זה דמות.</a> <img alt="איור 3" src="/files/ftp_upload/54730/54730fig3.jpg" /> <stron<html> g&gt; איור 3: השפעת צפיפות התאים על הדמיה לטווח ארוך זמן לשגות (א) תאים צילמו בצפיפויות התא הראשוני &lt;10 5 תאים / מ&quot;ל.. אחרי 3 שעות של עומס חום על 30 מעלות צלזיוס ו -6 שעות של התאוששות מתח ב 23 ° C, תאים עדיין להישאר במחזור וגטטיבי ומתחלק. רק כמה תאים לצאת מישור המוקד. (ב) תאים צילמו בצפיפויות התא הראשוני&gt; 10 6 תאים / מ&quot;ל. לאחר 9 שעות של הדמיה (הגדרות כמו א), תאים נכנסו מעגל ההתפתחות והחל הזרמה וצבירה. תאים של המצרפים לא ניתן להבחין בבירור. חלק גדול של תאים יוצא המטוס מוקד ולא ניתן לנתח. סרגל קנה מידה = 10 מיקרומטר. <a href="https://ecsource-jove-com.remotexs.ntu.edu.sg/files/ftp_upload/54730/54730fig3large.jpg" target="_blank">לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.</a> <html> .jpg &quot;/&gt; איור 4:. השפעת בקרת טמפרטורה על תופעות phototoxic (א) תאים צילמו במשך 10 דק &#39;עם בקרת טמפרטורה ב 23 ° C: 6 שדות מבט, Z- מחסנית (ריווח 0.5 מיקרומטר, מדגם עובי 8 מיקרומטר), זמן לשגות (סה&quot;כ זמן 10 דקות, לשגות 1 דק &#39;), ערוץ GFP (0.07 זמן החשיפה msec, 10% עוצמת הלייזר), ערוץ RFP (0.1 זמן חשיפה msec, עוצמת הלייזר 10%). והתא לא מראה סימנים של שינויים מורפולוגיים מאפיין הקשורים ללחץ phototoxic. (ב) תאים צילמו במשך 10 דק &#39;ללא בקרת טמפרטורה (באותם תנאים כמו A). תאי מפגיני סימנים של עיגול מושרה phototoxic, המציין מתח. בר סולם = 10 מיקרומטר. התאים היו צלמו על מערכת המבוססת על מיקרוסקופ עם מטרת 100x / 1.4 צמצם מספרי (NA). התמונות נאספו עם מצלמת CCD כמו 1,024 x 1,024 קבצים פיקסל באמצעות 1 x 1 binning.4large.jpg &quot;target =&quot; _ blank &quot;&gt; לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

Watch this Scientific Journal Video about Studying the Protein Quality Control System of D. discoideum Using Temperature-controlled Live Cell Imaging at JoVE.com

Studying the Protein Quality Control System of D. discoideum Using Temperature-controlled Live Cell Imaging

The social amoebae Dictyostelium discoideum has recently been established as a system to study protein misfolding and proteostasis. Here, we describe a new imaging-based methodology to study temperature-induced protein aggregation and the cellular stress response in D. discoideum.

לימוד חלבון מערכת בקרת איכות של<em&gt; D. discoideum</em&gt; שימוש הדמית תא חי בקרת טמפרטורה

The complex lifestyle of the social amoebae Dictyostelium discoideum makes it a valuable model for the study of various biological processes. Recently, we ...

studying-protein-quality-control-system-d-discoideum-using

Research

JoVE Journal

Biology

Studying the Protein Quality Control System of D. discoideum Using Temperature-controlled Live Cell Imaging

6.1K Views.  Max-Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics. The social amoebae Dictyostelium discoideum has recently been established as a system to study protein misfolding and proteostasis. Here, we describe a new imaging-based methodology to study temperature-induced protein aggregation and the cellular stress response in D. discoideum.

Video: Studying the Protein Quality Control System of D. discoideum Using Temperature-controlled Live Cell Imaging

Using the GELFREE 8100 Fractionation System for Molecular Weight-Based Fractionation with Liquid Phase Recovery

The GELFREE 8100 Fractionation System is a novel protein fractionation system designed to maximize protein recovery during molecular weight based fractionation. The system is comprised of single-use, 8-sample capacity cartridges and a benchtop GELFREE Fractionation Instrument. During separation, a constant voltage is applied between the anode and cathode reservoirs, and each protein mixture is electrophoretically driven from a loading chamber into a specially designed gel column gel. Proteins are concentrated into a tight band in a stacking gel, and separated based on their respective electrophoretic mobilities in a resolving gel. As proteins elute from the column, they are trapped and concentrated in liquid phase in the collection chamber, free of the gel. The instrument is then paused at specific time intervals, and fractions are collected using a pipette. This process is repeated until all desired fractions have been collected. If fewer than 8 samples are run on a cartridge, any unused chambers can be used in subsequent separations.
This novel technology facilitates the quick and simple separation of up to 8 complex protein mixtures simultaneously, and offers several advantages when compared to previously available fractionation methods. This system is capable of fractionating up to 1mg of total protein per channel, for a total of 8mg per cartridge. Intact proteins over a broad mass range are separated on the basis of molecular weight, retaining important physiochemical properties of the analyte. The liquid phase entrapment provides for high recovery while eliminating the need for band or spot cutting, making the fractionation process highly reproducible1.

The accompanying video describes the use of the GELFREE 8100 Fractionation System, which partitions complex protein samples on the basis of molecular weight and recovers the fractions in liquid phase. The video describes how the technology works, how it is used, and provides resultant data, with polyacrylamide gel electrophoresis analysis of fractionated bovine liver homogenate.

באמצעות מערכת GELFREE 8100 ההיפוך חלוקה על ההיפוך חלוקה משקל מבוסס מולקולרית עם שלב החילוץ נוזלי

The GELFREE 8100 Fractionation System is a novel protein fractionation system designed to maximize protein recovery during molecular weight based ...

Live-cell Imaging and Quantitative Analysis of Embryonic Epithelial Cells in Xenopus laevis

Embryonic epithelial cells serve as an ideal model to study morphogenesis where multi-cellular tissues undergo changes in their geometry, such as changes in cell surface area and cell height, and where cells undergo mitosis and migrate. Furthermore, epithelial cells can also regulate morphogenetic movements in adjacent tissues1. A traditional method to study epithelial cells and tissues involve chemical fixation and histological methods to determine cell morphology or localization of particular proteins of interest. These approaches continue to be useful and provide "snapshots" of cell shapes and tissue architecture, however, much remains to be understood about how cells acquire specific shapes, how various proteins move or localize to specific positions, and what paths cells follow toward their final differentiated fate. High resolution live imaging complements traditional methods and also allows more direct investigation into the dynamic cellular processes involved in the formation, maintenance, and morphogenesis of multicellular epithelial sheets. Here we demonstrate experimental methods from the isolation of animal cap tissues from Xenopus laevis embryos to confocal imaging of epithelial cells and simple measurement approaches that together can augment molecular and cellular studies of epithelial morphogenesis.

Live-cell Imaging and Quantitative Analysis of Embryonic Epithelial Cells in Xenopus laevis

Xenopus embryonic epithelia are an ideal model system to study cell behaviors such as polarity development and shape change during epithelial morphogenesis. Traditional histology of fixed samples is increasingly being complemented by live-cell confocal imaging. Here we demonstrate methods to isolate frog tissues and visualize live epithelial cells and their cytoskeleton using live-cell confocal microscopy.

Live-תא הדמיה וניתוח כמותי של תאים אפיתל עובריים ב Xenopus laevis</em

Embryonic epithelial cells serve as an ideal model to study morphogenesis where multi-cellular tissues undergo changes in their geometry, such as changes ...

Live Imaging of Cell Extrusion from the Epidermis of Developing Zebrafish

Homeostatic maintenance of epithelial tissues requires the continual removal of damaged cells without disrupting barrier function. Our studies have found that dying cells send signals to their live neighbors to form and contract a ring of actin and myosin that ejects it out from the epithelial sheet while closing any gaps that might have resulted from its exit, a process termed cell extrusion1. The optical clarity of developing zebrafish provides an excellent system to visualize extrusion in living epithelia. Here we describe a method to induce and image extrusion in the larval zebrafish epidermis. To visualize extrusion, we inject a red fluorescent protein labeled probe for F-actin into one-cell stage transgenic zebrafish embryos expressing green fluorescent protein in the epidermis and induce apoptosis by addition of G418 to larvae. We then use time-lapse imaging on a spinning disc confocal microscope to observe actin dynamics and epithelial cell behaviors during the process of apoptotic cell extrusion. This approach allows us to investigate the extrusion process in live epithelia and will provide an avenue to study disease states caused by the failure to eliminate apoptotic cells.

Dying cells are extruded from epithelial tissues by concerted contraction of neighboring cells without disrupting barrier function. The optical clarity of developing zebrafish provides an excellent system to visualize extrusion in living epithelia. Here we describe methods to induce and image extrusion in the larval zebrafish epidermis at cellular resolution.

הדמיה חיה של שחול Cell מן האפידרמיס של דג הזברה פיתוח

Homeostatic maintenance of epithelial tissues requires the continual removal of damaged cells without disrupting barrier function.  Our studies have found ...

Imaging G-protein Coupled Receptor (GPCR)-mediated Signaling Events that Control Chemotaxis of Dictyostelium Discoideum

Many eukaryotic cells can detect gradients of chemical signals in their environments and migrate accordingly 1. This guided cell migration is referred as chemotaxis, which is essential for various cells to carry out their functions such as trafficking of immune cells and patterning of neuronal cells 2, 3. A large family of G-protein coupled receptors (GPCRs) detects variable small peptides, known as chemokines, to direct cell migration in vivo 4. The final goal of chemotaxis research is to understand how a GPCR machinery senses chemokine gradients and controls signaling events leading to chemotaxis. To this end, we use imaging techniques to monitor, in real time, spatiotemporal concentrations of chemoattractants, cell movement in a gradient of chemoattractant, GPCR mediated activation of heterotrimeric G-protein, and intracellular signaling events involved in chemotaxis of eukaryotic cells 5-8. The simple eukaryotic organism, Dictyostelium discoideum, displays chemotaxic behaviors that are similar to those of leukocytes, and D. discoideum is a key model system for studying eukaryotic chemotaxis. As free-living amoebae, D. discoideum cells divide in rich medium. Upon starvation, cells enter a developmental program in which they aggregate through cAMP-mediated chemotaxis to form multicullular structures. Many components involved in chemotaxis to cAMP have been identified in D. discoideum. The binding of cAMP to a GPCR (cAR1) induces dissociation of heterotrimeric G-proteins into G&gamma; and G&beta;&gamma; subunits 7, 9, 10. G&beta;&gamma; subunits activate Ras, which in turn activates PI3K, converting PIP2 into PIP3 on the cell membrane 11-13. PIP3 serve as binding sites for proteins with pleckstrin Homology (PH) domains, thus recruiting these proteins to the membrane 14, 15. Activation of cAR1 receptors also controls the membrane associations of PTEN, which dephosphorylates PIP3 to PIP2 16, 17. The molecular mechanisms are evolutionarily conserved in chemokine GPCR-mediated chemotaxis of human cells such as neutrophils 18. We present following methods for studying chemotaxis of D. discoideum cells. 1. Preparation of chemotactic component cells. 2. Imaging chemotaxis of cells in a cAMP gradient. 3. Monitoring a GPCR induced activation of heterotrimeric G-protein in single live cells. 4. Imaging chemoattractant-triggered dynamic PIP3 responses in single live cells in real time. Our developed imaging methods can be applied to study chemotaxis of human leukocytes.

Imaging G-protein Coupled Receptor GPCR-mediated Signaling Events that Control Chemotaxis of Dictyostelium Discoideum

Here, we describe detailed live cell imaging methods for investigating chemotaxis. We present fluorescence microscopic methods to monitor spatiotemporal dynamics of signaling events in migrating cells. Measurement of signaling events permits us to further understand how a GPCR-signaling network achieves gradient sensing of chemoattractants and controls directional migration of eukaryotic cells.

קולטן הדמיה G-חלבון יחד (GPCR) בתיווך אירועים איתות כי הפיקוח של Chemotaxis Discoideum Dictyostelium</em

Many eukaryotic cells can detect gradients of chemical signals in their environments and migrate accordingly 1.  This guided cell migration is referred as ...

4D Imaging of Protein Aggregation in Live Cells

One of the key tasks of any living cell is maintaining the proper folding of newly synthesized proteins in the face of ever-changing environmental conditions and an intracellular environment that is tightly packed, sticky, and hazardous to protein stability1. The ability to dynamically balance protein production, folding and degradation demands highly-specialized quality control machinery, whose absolute necessity is observed best when it malfunctions. Diseases such as ALS, Alzheimer's, Parkinson's, and certain forms of Cystic Fibrosis have a direct link to protein folding quality control components2, and therefore future therapeutic development requires a basic understanding of underlying processes. Our experimental challenge is to understand how cells integrate damage signals and mount responses that are tailored to diverse circumstances.
The primary reason why protein misfolding represents an existential threat to the cell is the propensity of incorrectly folded proteins to aggregate, thus causing a global perturbation of the crowded and delicate intracellular folding environment1. The folding health, or "proteostasis," of the cellular proteome is maintained, even under the duress of aging, stress and oxidative damage, by the coordinated action of different mechanistic units in an elaborate quality control system3,4. A specialized machinery of molecular chaperones can bind non-native polypeptides and promote their folding into the native state1, target them for degradation by the ubiquitin-proteasome system5, or direct them to protective aggregation inclusions6-9.
In eukaryotes, the cytosolic aggregation quality control load is partitioned between two compartments8-10: the juxtanuclear quality control compartment (JUNQ) and the insoluble protein deposit (IPOD) (Figure 1 - model). Proteins that are ubiquitinated by the protein folding quality control machinery are delivered to the JUNQ, where they are processed for degradation by the proteasome. Misfolded proteins that are not ubiquitinated are diverted to the IPOD, where they are actively aggregated in a protective compartment.
Up until this point, the methodological paradigm of live-cell fluorescence microscopy has largely been to label proteins and track their locations in the cell at specific time-points and usually in two dimensions. As new technologies have begun to grant experimenters unprecedented access to the submicron scale in living cells, the dynamic architecture of the cytosol has come into view as a challenging new frontier for experimental characterization. We present a method for rapidly monitoring the 3D spatial distributions of multiple fluorescently labeled proteins in the yeast cytosol over time. 3D timelapse (4D imaging) is not merely a technical challenge; rather, it also facilitates a dramatic shift in the conceptual framework used to analyze cellular structure.
We utilize a cytosolic folding sensor protein in live yeast to visualize distinct fates for misfolded proteins in cellular aggregation quality control, using rapid 4D fluorescent imaging. The temperature sensitive mutant of the Ubc9 protein10-12 (Ubc9ts) is extremely effective both as a sensor of cellular proteostasis, and a physiological model for tracking aggregation quality control. As with most ts proteins, Ubc9ts is fully folded and functional at permissive temperatures due to active cellular chaperones. Above 30 &deg;C, or when the cell faces misfolding stress, Ubc9ts misfolds and follows the fate of a native globular protein that has been misfolded due to mutation, heat denaturation, or oxidative damage. By fusing it to GFP or other fluorophores, it can be tracked in 3D as it forms Stress Foci, or is directed to JUNQ or IPOD.

Cellular viability depends on timely and efficient management of protein misfolding. Here we describe a method for visualizing the different potential fates of a misfolded protein: refolding, degradation, or sequestration in inclusions. We demonstrate the use of a folding sensor, Ubc9ts, for monitoring proteostasis and aggregation quality control in live cells using 4D microscopy.

4D הדמיה של צבירת חלבון בתאים חיים

One of the key tasks of any living cell is maintaining the proper folding of newly synthesized proteins in the face of ever-changing environmental ...

Live Imaging of Apoptotic Cell Clearance during Drosophila Embryogenesis

The proper elimination of unwanted or aberrant cells through apoptosis and subsequent phagocytosis (apoptotic cell clearance) is crucial for normal development in all metazoan organisms. Apoptotic cell clearance is a highly dynamic process intimately associated with cell death; unengulfed apoptotic cells are barely seen in vivo under normal conditions. In order to understand the different steps of apoptotic cell clearance and to compare 'professional' phagocytes - macrophages and dendritic cells to 'non-professional' - tissue-resident neighboring cells, in vivo live imaging of the process is extremely valuable. Here we describe a protocol for studying apoptotic cell clearance in live Drosophila embryos. To follow the dynamics of different steps in phagocytosis we use specific markers for apoptotic cells and phagocytes. In addition, we can monitor two phagocyte systems in parallel: 'professional' macrophages and 'semi-professional' glia in the developing central nervous system (CNS). The method described here employs the Drosophila embryo as an excellent model for real time studies of apoptotic cell clearance.

Live Imaging of Apoptotic Cell Clearance during Drosophila Embryogenesis

Here we describe an effective method for studying dynamics of apoptotic cell clearance in vivo. This method employs live Drosophila embryos as a powerful model for monitoring phagocytosis of apoptotic cells using specific labeling of apoptotic cells and phagocytes.

חי הדמיה של חיסול תאים אפופטוטיים במהלך<em&gt; דרוזופילה</em&gt; עובר

The  proper elimination of unwanted or aberrant cells through apoptosis and  subsequent phagocytosis (apoptotic cell clearance) is crucial for normal  ...

Live Cell Imaging of Early Autophagy Events: Omegasomes and Beyond

Autophagy is a cellular response triggered by the lack of nutrients, especially the absence of amino acids. Autophagy is defined by the formation of double membrane structures, called autophagosomes, that sequester cytoplasm, long-lived proteins and protein aggregates, defective organelles, and even viruses or bacteria. Autophagosomes eventually fuse with lysosomes leading to bulk degradation of their content, with the produced nutrients being recycled back to the cytoplasm. Therefore, autophagy is crucial for cell homeostasis, and dysregulation of autophagy can lead to disease, most notably neurodegeneration, ageing and cancer.	
	Autophagosome formation is a very elaborate process, for which cells have allocated a specific group of proteins, called the core autophagy machinery. The core autophagy machinery is functionally complemented by additional proteins involved in diverse cellular processes, e.g. in membrane trafficking, in mitochondrial and lysosomal biology. Coordination of these proteins for the formation and degradation of autophagosomes constitutes the highly dynamic and sophisticated response of autophagy. Live cell imaging allows one to follow the molecular contribution of each autophagy-related protein down to the level of a single autophagosome formation event and in real time, therefore this technique offers a high temporal and spatial resolution.	
	Here we use a cell line stably expressing GFP-DFCP1, to establish a spatial and temporal context for our analysis. DFCP1 marks omegasomes, which are precursor structures leading to autophagosomes formation. A protein of interest (POI) can be marked with either a red or cyan fluorescent tag. Different organelles, like the ER, mitochondria and lysosomes, are all involved in different steps of autophagosome formation, and can be marked using a specific tracker dye. Time-lapse microscopy of autophagy in this experimental set up, allows information to be extracted about the fourth dimension, i.e. time. Hence we can follow the contribution of the POI to autophagy in space and time.

Time-lapse microscopy of fluorescently labeled autophagy markers allows monitoring of the dynamic autophagy response with high temporal resolution. Using specific autophagy and organelle markers in a combination of 3 different colors, we can follow the contribution of a protein to autophagosome formation in a robust spatial and temporal context.

לחיות תא הדמיה של אירועי autophagy מוקדמים: Omegasomes ומעבר

Autophagy is a  cellular response triggered by the lack of nutrients, especially the absence of  amino acids. Autophagy is defined by the formation of ...

Mouse Fetal Whole Intestine Culture System for Ex Vivo Manipulation of Signaling Pathways and Three-dimensional Live Imaging of Villus Development

Most morphogenetic processes in the fetal intestine have been inferred from thin sections of fixed tissues, providing snapshots of changes over developmental stages. Three-dimensional information from thin serial sections can be challenging to interpret because of the difficulty of reconstructing serial sections perfectly and maintaining proper orientation of the tissue over serial sections. Recent findings by Grosse et al., 2011 highlight the importance of three- dimensional information in understanding morphogenesis of the developing villi of the intestine1. Three-dimensional reconstruction of singly labeled intestinal cells demonstrated that the majority of the intestinal epithelial cells contact both the apical and basal surfaces. Furthermore, three-dimensional reconstruction of the actin cytoskeleton at the apical surface of the epithelium demonstrated that the intestinal lumen is continuous and that secondary lumens are an artifact of sectioning. Those two points, along with the demonstration of interkinetic nuclear migration in the intestinal epithelium, defined the developing intestinal epithelium as a pseudostratified epithelium and not stratified as previously thought1. The ability to observe the epithelium three-dimensionally was seminal to demonstrating this point and redefining epithelial morphogenesis in the fetal intestine. With the evolution of multi-photon imaging technology and three-dimensional reconstruction software, the ability to visualize intact, developing organs is rapidly improving. Two-photon excitation allows less damaging penetration deeper into tissues with high resolution. Two-photon imaging and 3D reconstruction of the whole fetal mouse intestines in Walton et al., 2012 helped to define the pattern of villus outgrowth2. Here we describe a whole organ culture system that allows ex vivo development of villi and extensions of that culture system to allow the intestines to be three-dimensionally imaged during their development.

Mouse Fetal Whole Intestine Culture System for Ex Vivo Manipulation of Signaling Pathways and Three-dimensional Live Imaging of Villus Development

Improved imaging technology is allowing three-dimensional imaging of organs during development. Here we describe a whole organ culture system that allows live imaging of the developing villi in the fetal mouse intestine.

מערכת תרבות עכבר העוברי שלם מעי ל<em&gt; Ex Vivo</em&gt; מניפולציה של מסלולי איתות והדמית חיה תלת ממדית של פיתוח שליה

Most morphogenetic processes in the fetal intestine have been inferred from thin sections of fixed tissues, providing snapshots of changes over ...

Live-cell Imaging of Platelet Degranulation and Secretion Under Flow

Blood platelets are essential players in hemostasis, the formation of thrombi to seal vascular breaches. They are also involved in thrombosis, the formation of thrombi that occlude the vasculature and injure organs, with life-threatening consequences. This motivates scientific research on platelet function and the development of methods to track cell-biological processes as they occur under flow conditions.
A variety of flow models are available for the study of platelet adhesion and aggregation, two key phenomena in platelet biology. This work describes a method to study real-time platelet degranulation under flow during activation. The method makes use of a flow chamber coupled to a syringe-pump setup that is placed under a wide-field, inverted, LED-based fluorescence microscope. The setup described here allows for the simultaneous excitation of multiple fluorophores that are delivered by fluorescently labeled antibodies or fluorescent dyes. After live-cell imaging experiments, the cover glasses can be further processed and analyzed using static microscopy (i.e., confocal microscopy or scanning electron microscopy).

This work describes a fluorescence microscopy-based method for the study of platelet adhesion, spreading, and secretion under flow. This versatile platform enables the investigation of platelet function for mechanistic research on thrombosis and hemostasis.

Live-cell הדמיה של degranulation טסיות והפרשה תחת זרימה

Blood platelets are essential players in hemostasis, the formation of thrombi to seal vascular breaches. They are also involved in thrombosis, the ...

LDL Cholesterol Uptake Assay Using Live Cell Imaging Analysis with Cell Health Monitoring

The regulation of LDL cholesterol uptake through LDLR-mediated endocytosis is an important area of study in various major pathologies including metabolic disorder, cardiovascular disease, and kidney disease. Currently, there is no available method to assess LDL uptake while simultaneously monitoring for health of the cells. The current study presents a protocol, using a live cell imaging analysis system, to acquire serial measurements of LDL influx with concurrent monitoring for cell health. This novel technique is tested in three human cell lines (hepatic, renal tubular epithelial, and coronary artery endothelial cells) over a four-hour time course. Moreover, the sensitivity of this technique is validated with well-known LDL uptake inhibitors, Dynasore and recombinant PCSK9 protein, as well as by an LDL uptake promoter, Simvastatin. Taken together, this method provides a medium-to-high throughput platform for simultaneously screening pharmacological activity as well as monitoring of cell morphology, hence cytotoxicity of compounds regulating LDL influx. The analysis can be used with different imaging systems and analytical software.

This protocol provides an efficient approach to measuring LDL cholesterol uptake with real time influx rates using a live cell imaging system in various cell types. This technique provides a platform to screen the pharmacological activity of compounds affecting LDL influx while monitoring for cell morphology and hence potential cytotoxicity.

ספיגת כולסטרול LDL Assay באמצעות תא חי הדמיה ניתוח עם התא לניטור תקינות

The regulation of LDL cholesterol uptake through LDLR-mediated endocytosis is an important area of study in various major pathologies including metabolic ...