Method Article
Burada, genetik olarak eşleşmiş hayalice ayrı photoactivatable ve floresan proteinler içerir bir iletişim kuralı mevcut. Bu floresan protein chimeras miktar photoactivated Yani, floresan, olmak olduğunu PA-FP fraksiyonunun photoactivation verimliliği izin verir. Protokol photoactivation farklı modları farklı photoactivation verimliliği verim ortaya koymaktadır.
Photoactivatable ve - Cabrio floresan proteinler (PA-FPs) Floresan yaşamak-cep mikroskobu içinde hücreleri ve protein topluluğu dinamiklerini analiz etmek için kullanılmaya başlandı. Şimdiye kadar herhangi bir yöntem toplu olarak ölçmek kullanılmaktadır ve PA-fps kaç ifade canlı hücreleri belli photoactivated vardır.
Burada, biz iç cetveller içeren bir protokolü mevcut, Yani, genetik olarak ratiometrically için hayalice farklı (photoactivatable) Floresan proteinler, birleşince tüm PA-FPs olması için açýk bir hücreye ifade kısmını ölçmek Floresan. Bu iletişim kuralını kullanan, gösterdiğimiz photoactivation farklı modları farklı photoactivation verimliliği vermiştir. Mikroskop (CLSM) tarama confocal lazer ile kısa yüksek güçlü photoactivation kadar dört kez daha düşük photoactivation verimliliği yüzlerce alt düzey Etkilenmeler CLSM tarafından uygulanan veya widefield aydınlatma tarafından uygulanan kısa bir darbe daha sonuçlandı. Protokol burada (PA-) GFP ve (PA-) kiraz için örneği iken, bu prensip olarak hayalice farklı herhangi bir photoactivatable veya photoconvertible floresan protein çifti ve deneysel herhangi bir kurulum için uygulanabilir.
2002 yılında, ilk genel olarak uygulanabilir photoactivatable (PA-GFP1) ve photoconvertible (Kaede2) Floresan proteinler tarif edildi. Bu optik vurgulayıcı floresan proteinler UV-ışık, Yani, ışınlama üzerine spektral özellikleri değiştirmek onlar parlak hale (photoactivatable floresan proteinler, Yani, PA-kare/sn), onların rengi (photoconvertible veya değiştirme FPs). Bugüne kadar çeşitli geri dönüşümlü ve geri dönüşümsüz photoactivatable ve photoconvertible floresan proteinler Gelişmiş3,4olmuştur. Topluluk veya toplu çalışmalarda optik vurgulayıcılar tüm hücreleri veya proteinler dinamikleri ve hücre altı bölmeleri bağlantısı çalışmaya kullanılmaktadır. Ayrıca, etkin optik vurgulayıcılar tek-molekül superresolution PALM5 ve FPALM6gibi teknikleri Imaging temel.
Her ne kadar fotoğrafkimyasal işleme sırasında photoactivation veya - dönüşüm tarif edilmiş birçok optik vurgulayıcılar ve hatta crystallographic yapıları için önce ve photoactivation sonra / - dönüşüm kullanılabilir7 yaptı , 8, temel fotoğraffiziksel mekanizma photoactivation ve - dönüşüm değil tamamen anlaşılmaktadır. Ayrıca, şu ana kadar sadece kaba tahminler photoactivation ve - dönüşüm, verimliliğini, yani floresan proteinlerin kısmını var aslında photoconverted veya floresan olmak photoactivated. Vitro topluluğu çalışmaları soğurma spektrumları ve yerli miktarı vardiyada miktarının ve protein bir jel9,10,11' deki aktif bildirilmiştir.
Burada, photoactivated floresan proteinler toplu olarak ve canlı hücrelerdeki kısmını değerlendirmeye floresan protein chimeras içeren bir protokolü mevcut. Ne zaman genetik olarak kodlanmış floresan proteinler ile çalışma, protein ifade mutlak miktarı hücre hücre değişir ve bilinmiyor. Bir hücre bir PA-FP ifade photoactivation başka bir hücre daha sonra daha parlak bir sinyal gösteriyorsa, bu parlak sinyal PA-FP yüksek ifadesi veya PA-FP daha verimli bir photoactivation nedeniyle ise ayırt edemez. Hücreleri ifade kademede standartlaştırmak için genetik olarak eşleşmiş hayalice farklı floresan proteinlerin iç cetveller tanıtmak. Photoactivatable floresan protein bir hayalice farklı her zaman açık floresan proteinler, iç cetveller için genetik bilgi oluşturulur kaplin tarafından bu hala bir bilinmeyen toplam tutar ama sabit ve bilinen bir göreli miktarını belirtilecektir 1:1. Bu strateji farklı UV ışık photoactivation şemaları, Yani, nicel karakterizasyonu PA-FPs photoactivated photoactivation farklı mod ile olabilir ve böylece izin veriyorsa göreli miktarını değerlendirmesini sağlar diğerlerinden daha etkili photoactivation şemaları tanımlamak için. Ayrıca, bu strateji prensip olarak photoactivated PA-FP kesir mutlak miktar değerlendirmesini sağlar. Bu amaçla, sunulan topluluk çalışmalar analizi daha karmaşık bu protokol için düzenlendiği şekilde kılan Yoğunluk merkezli olduğunu fark önemlidir. Ölçülen floresan yoğunluğu, Yani, farklı moleküler parlaklık, absorbans ve emisyon spectra ve perde efektleri, belirleme parametrelerinin floresans yoğunluklarda farklı floresan proteinlerin karşılaştırırken dikkate alınması gerekir.
Sunulan ratiometric Yoğunluk merkezli miktar photoactivation verimlilik PA-GFP ve PA-kiraz canlı hücrelerdeki örneklenir ama genel olarak uygulanabilir ilke olarak ve herhangi bir photoactivatable floresan protein herhangi altında için kullanılan Deneysel durumu.
1. plazmid İnşaat
2. hücre kültür ve Transfection
3. görüntüleme ve Photoactivation
4. analiz ve algoritma Ratiometric Yoğunluk merkezli miktar Photoactivation verimlilik için görüntü
Burada sunulan Protokolü floresan olmak photoactivated vardır floresan proteinler kısmını ratiometric miktar gösterir (resim 1). Bu kesir photoactivation modu bağlı farklıdır.
Mikroskop (CLSM) tarama confocal lazer ile kısa sürede yüksek güçlü photoactivation kullanarak tipik bir sonucu Şekil 2 cile gösterilir. Objektif lens piksel tarafından ölçülen lazer güç titrating sonra saat ve ATOF iletim, maksimum photoactivation verimlilik için PA-GFP yaklaşık % 8 ve PA-kiraz için yaklaşık % 16 yaşamak. PA-GFP ve PA-kiraz nispeten düşük photoactivation verimliliğini aynı anda photoactivation ve - CLSM tarafından fotonlar bir sürekli deterministic akışına maruz kaldığında imha tarafından açıklanabilir. Daha kısa floresans yaşam süreleri ve farklı, sağ kaymıştır emme spectra kırmızı PA-FPs PA-kiraz PA-GFP için karşılaştırıldığında daha yüksek photoactivation verimliliği katkıda bulunabilir.
Düşük lazer güç ve yineleme yüzlerce kullanılarak, daha yüksek bir photoactivation verim elde edilebilir. UV ışık 4 dk toplam bir CLSM tarafından teslim 450 yineleme % 29 photoactivation verimliliğini PA-GFP için (Şekil 3 c) vermiştir. Daha yüksek photoactivation verim tekrarlanan maruz kalma UV ışık fotonlar ile bir çok adım photoactivation süreç önerebilir miyim? Alternatif olarak, uygulanan UV ışık yeterince güçlü photoactivate ama açan toplu zaman içinde photoactivated floresan proteinler daha yüksek bir kısmını photodestruct için yeterli değil.
Widefield aydınlatma ile fluorophores stochastically ve hkr 405 nm fotonlar maruz kalır. Burada, sadece 250 ms için poz PA-GFP için % 29 photoactivation verimliliği vermiştir.
Şekil 1: photoactivation verimliliği toplu ve canlı hücreleri belirlemek nasıl kavramını. Hayalice farklı floresan proteinler kaplin tarafından iç cetveller için ratiometric Yoğunluk merkezli değerlendirme photoactivation verimlilik sağlar oluşturulur. PA-kiraz ve PA-GFP ölçülen yoğunluklarda beklenen yoğunluklarda için ilgili olduğunu. Beklenen yoğunluklarda GFP-kiraz, GFP-PA-kiraz veya PA-GFP-kiraz chimeras photoactivation önce floresan proteinler her zaman açık floresan yoğunluğu belirlemesini elde edilmiştir. Şekil Renz ve Wunder 201717değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 2: (b) olarak anında ve tamamen canlı hücrelerde confocal lazer tarama mikroskop kullanarak mümkün olduğunca toplu photoactivation PA-GFP-kiraz (a) ve GFP-PA-Cherry. PA-GFP ifade yüzde 8 photoactivated 2 μs bir piksel Işınma Zamanı ve %38 90 μW, lazer gücüne objektif lens ve 3 yineleme (c) ölçülen neden AOTF geçirgenliği ile yapıldı. 405 nm lazer gücü artan photoactivation verimliliği artmamıştır. Şekil Renz ve Wunder 201717değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şekil 3: yinelemeli düşük güç photoactivation confocal lazer tarama mikroskop (a) ve kısa yüksek güçlü widefield aydınlatma (b) verimi daha yüksek photoactivation verimliliği ile. PA-GFP % 29 photoactivated 2 μs bir piksel Işınma Zamanı ve % 6'ın 40 μW, lazer gücü olarak objektif lens ve 450 yinelemeler (c) ölçülen neden bir AOTF şanzıman ile yapıldı. Şekil Renz ve Wunder 201717değiştirildi. Bu rakam daha büyük bir versiyonunu görüntülemek için buraya tıklayınız.
Şimdiye kadar herhangi bir yöntem toplu olarak PA-canlı hücrelerde ifade photoactivated floresan olmak olan FPs kısmını belirlemek için var olmamıştır. Sunulan Protokolü herhangi bir hayalice farklı floresan protein çifti için kullanılabilir. PA-FPs PA-GFP ve PA-kiraz burada geri dönüşü olmayan örneği, bu yaklaşım ilke photoconvertible proteinler için de geçerlidir iken. Hayalice farklı floresan protein, ancak, dikkatli bir şekilde photoconvertible floresan proteinler onların absorbans ve emisyon spectra, Örneğin yeşil üzerinden kırmızı floresans için geçiş verilen bu spektral örtüşme en aza indirmek için seçilmelidir.
Yukarıda belirtildiği gibi sunulan yaklaşım ratiometric şu durum önemli ve Yoğunluk merkezli. Bu hücrelerin bilinmeyen ifade kademede standartlaştırmak ve göreceli farklılıklar photoactivation verimlilik tanımlamak için photoactivation farklı mod tarafından kullanılabilir. Protokol photoactivated PA-FPs mutlak kısmını değerlendirmek için kullanılabilir. O zaman, farklı fps farklı spektral özellikleri dikkate alınması gerekir.
Moleküler parlaklık (MB) kuantum verimi (QY), nesli katsayısı (EC) ve verilen uyarma dalga boyunda absorbans tepe göre yüzde absorbans ürünüdür. Kiraz12 ve PA-kiraz13için QY ve EC ilgili değerleri yayınlanmıştır. Verilen uyarma dalga boyu 543 nm göreceli olarak absorbans en yüksek yüzde absorbans 0.5 ve 0.7, sırasıyla var.
MBkiraz 0,22 * 72,000 * 0,5 = 7,920 =
MBPA-kiraz 0,46 * 18.000 * 0,7 = 5,796 =
Böylece, PA-kiraz kiraz kıyasla daha düşük moleküler parlaklığını dikkate ben bölünmesi ileRed_expected (7,920/5,796 türetilmiş) 1.37 tarafından alınabilir.
Ancak, PA-kiraz yayımlanmış moleküler parlaklığını belirler hangi photoactivation koşullarda bilinmemektedir. Biz burada photoactivation modu photoactivated PA-FPs ölçülen kısmını değiştirir göstermek olduğundan, bu önemlidir. Ayrıca, monomeric sürümleri için A206K mutasyon oluşan. Yani, mEGFP ve PA-mEGFP, moleküler yok parlaklık yayınladı.
Ratiometric Yoğunluk merkezli bu yaklaşım, PA-kare/sn moleküler parlaklığını ve her zaman açık FP karşıtları ilk bir yaklaşım içinde kabul aynı. Bu yaklaşım, karar verdik beri bazı FPs (i) için hiçbir moleküler parlaklık bildirdi ve (ii) şimdiye kadar nasıl belli değil photoactivation farklı mod literatürde bildirilen PA-FPs moleküler parlaklığını etkileyebilir. Ayrıca, (iii) için karşılaştırmalı bir analiz moleküler parlaklık bilgi gerekli; yalnızca photoactivated PA-FPs yukarıda gösterildiği gibi hesaplanan mutlak kısmını Yoğunluk merkezli belirlenmesi için gereklidir.
Floresan protein chimeras iç cetveller olarak içeren yaklaşımımız farklı ışığa maruz kalma UV farklı photoactivation verimliliği verimleri gösterir. Böylece, bu seçenekleri nasıl yapılır photoactivate daha büyük bir PA-FP kesir olarak tanımlar ve daha iyi bir sinyal / gürültü oranı elde etmek. Ayrıca, Bu differentially photoactivate için fırsatlar açılır farklı PA-FPs teşhir ederek UV ışık veya differentially photoactivate aynı PA-FP farklı hücre altı bölmeleri içinde fark onların yanıt verilen aynı hücrede farklı UV ışık için. Özet olarak, bizim iletişim kuralı daha fazla yaşamak-cep mikroskobu PA-FPs kullanarak hücresel işlemlerinin nicel anlayış yardımcı olacaktır.
Yazarlar ifşa gerek yok.
Dorigo laboratuvar ve Stanford Üniversitesi Tıp Fakültesi Nöroloji Imaging servis ekipmanları ve mekan bu proje için sağlamak için teşekkür etmek istiyorum.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır