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Department of Cell and Molecular Biology, Karolinska Institutet
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Hukasova, E., Silva Cascales, H., Kumar, S. R., Lindqvist, A. Monitoring Kinase and Phosphatase Activities Through the Cell Cycle by Ratiometric FRET. J. Vis. Exp. (59), e3410, doi:10.3791/3410 (2012).
Forster प्रतिध्वनि ऊर्जा (झल्लाहट) स्थानांतरण आधारित संवाददाताओं 1 जीवित कोशिकाओं में अंतर्जात kinase और फॉस्फेट गतिविधियों के मूल्यांकन की अनुमति देते हैं. इस तरह की जांच आमतौर पर CFP और YFP के वेरिएंट, एक phosphorylatable अनुक्रम और एक phospho बाध्यकारी डोमेन द्वारा हस्तक्षेप से मिलकर बनता है. Phosphorylation पर, जांच परिवर्तन रचना, या CFP और YFP के बीच दूरी उन्मुखीकरण के एक परिवर्तन में जो परिणाम में एक परिवर्तन के लिए अग्रणी दक्षता झल्लाहट (चित्र 1). कई जांच पिछले दशक के दौरान प्रकाशित किया गया है, कई kinases और phosphatases की गतिविधि संतुलन PKA 2, PKB 3, 4, PKC PKD 5, 6 ERK, JNK 7, 18 CDK अरोड़ा 9 बी के संवाददाताओं और Plk1 9 सहित निगरानी . मॉड्यूलर डिजाइन को देखते हुए अतिरिक्त जांच के लिए निकट भविष्य में 10 उभरने की संभावना हैं.
कोशिका चक्र के माध्यम से प्रगति signali तनाव से प्रभावित हैएनजी रास्ते 11. विशेष रूप से, कोशिका चक्र जब कोशिकाओं को तनाव से 12 उबर रहे हैं तुलना में वृद्धि से बेफिक्र दौरान अलग नियंत्रित किया जाता है समय चूक कोशिका चक्र के माध्यम से कोशिकाओं की इमेजिंग इसलिए विशेष सावधानी की आवश्यकता है.. यह एक समस्या बन जाता है विशेष रूप से जब ratiometric इमेजिंग रोजगार, के बाद से शोर अनुपात करने के लिए एक उच्च संकेत के साथ दो छवियों को सही ढंग से परिणामों की व्याख्या करने के लिए आवश्यक हैं. Ratiometric झल्लाहट kinase और फॉस्फेट गतिविधियों में सेल चक्र निर्भर परिवर्तन के इमेजिंग predominately सेल चक्र 8,9,13,14 के उप वर्गों के लिए प्रतिबंधित किया गया है है.
यहाँ, हम एक विधि झल्लाहट - आधारित मानव कोशिका चक्र के दौरान ratiometric इमेजिंग का उपयोग कर जांच की निगरानी पर चर्चा की. विधि उपकरण है कि जीवन विज्ञान में कई शोधकर्ताओं के लिए उपलब्ध है और माइक्रोस्कोपी या छवि प्रसंस्करण के विशेषज्ञ ज्ञान की आवश्यकता नहीं है पर निर्भर करता है.
1. कोशिकाओं के लिए जांच का परिचय
2. निगरानी ratiometric झल्लाहट
3. सत्यापित और शर्तों अनुकूलन
4. झल्लाहट विश्लेषण
5. प्रतिनिधि परिणाम
Plk1 गतिविधि G2 चरण और पिंजरे का बँटवारा दौरान चोटियों में नाभिक में पहली बार दिखाई देता है. चित्रा 3 एक न्यूनतम phototoxicity सेटिंग्स का उपयोग कर धारा 2 में वर्णित के रूप में प्रयोग से पता चलता है. कृपया ध्यान दें कि यह एक प्रतिनिधि प्रारंभिक परिणाम है और छवियों के बीच जोखिम स्थितियों या समय के लिए शोर अनुपात या अस्थायी समाधान के लिए संकेत में वृद्धि करने के लिए संशोधित किया जा सकता है कि. चित्रा 3 डी पता चलता है कि जांच व्यक्त कोशिकाओं के बहुमत के बीच 20 और 25 घंटे की एक कोशिका चक्र समय के साथ पैदा करना, यह दर्शाता है कि इमेजिंग शर्तों और जांच की अभिव्यक्ति के स्तर सेल चक्र समय को प्रभावित नहीं करते. यद्यपि वहाँ काफी शोर है, G2 में Plk1 गतिविधि की प्रवृत्ति बढ़ रही है और पिंजरे का बँटवारा में 14 peaking (अंजीर 3A) स्पष्ट रूप से दिखाई है. कच्चे डेटा प्रसंस्करण, यहाँ द्वारा मतलब है (3B अंजीर) kymograph, या औसत उल्टे आर ए की मात्रा का ठहराव के रूप में प्रस्तुत फ़िल्टरिंग tio (अंजीर 3C) स्पष्टता में वृद्धि कर सकते हैं.

चित्रा 1 झल्लाहट आधारित जांच के सिद्धांत kinase और फॉस्फेट गतिविधियों पर नजर रखने के. दो fluorophores, आमतौर पर (नीला) CFP और YFP (हरा), एक phospho बाध्यकारी (नारंगी) डोमेन और एक phosphorylatable अनुक्रम (पीला) से जुड़े हुए हैं. Phosphorylation (लाल) phospho - बाध्यकारी डोमेन के लिए बाध्य mediates, जिससे जांच में एक गठनात्मक परिवर्तन उत्प्रेरण. दो fluorophores, जो प्रभावित करता है CFP और YFP के बीच दक्षता झल्लाहट के बीच की दूरी या अभिविन्यास में एक अंतर में गठनात्मक परिवर्तन का परिणाम है. झल्लाहट रोमांचक CFP और निगरानी YFP उत्सर्जन (बिंदीदार लाइनों) के द्वारा visualized किया जा सकता है.

चित्रा 2 प्रयोगात्मक प्रक्रिया के योजनाबद्ध रूपरेखा.
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चित्रा 3. Plk1 गतिविधि G2 चरण और पिंजरे का बँटवारा दौरान चोटियों में नाभिक में पहली बार दिखाई देता है. U2OS जांच झल्लाहट आधारित निगरानी Plk1 9,14 गतिविधि व्यक्त कोशिकाओं 60 घंटा Deltavision Spectris इमेजिंग एक 20x NA 0.7 हवा उद्देश्य और एक पारा दीपक के साथ सुसज्जित प्रणाली का उपयोग कर के लिए फिल्माया गया. इमेजिंग शर्तों को न्यूनतम phototoxicity कारण चयन किया गया था, के रूप में धारा 2 में उल्लिखित, 4x binning और तटस्थ घनत्व फिल्टर का उपयोग करते हुए कि ब्लॉक आने वाली प्रकाश की 99%. ए, उल्टे झल्लाहट अनुपात की झूठी रंग प्रतिनिधित्व, 4 डिवीजनों के माध्यम से एक कोशिका के बाद. बी, एक मतलब फिल्टर लागू करने के बाद एक में दिखाया गया है सेल के kymograph. उल्टे की मात्रा का ठहराव, सी ए डी में दिखाया सेल, 50 की संचयी mitotic प्रविष्टि के अनुपात झल्लाहट बेटी कोशिकाओं के विभाजन सहित व्यक्त कोशिकाओं, जांच झल्लाहट.
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मॉनिटरिंग सेल चक्र के दौरान झल्लाहट विचार है कि कम महत्वपूर्ण हैं जब बाह्य stimuli करने के लिए अल्पकालिक प्रतिक्रियाओं का आकलन की आवश्यकता है. सबसे पहले, कोशिका चक्र प्रगति को आसानी से तनाव संकेतन द्वारा परेशान है, की आवश्यकता होती है कि phototoxicity एक न्यूनतम करने के लिए रखा जाता है. दूसरा, सभी संवाददाताओं संभावित kinases, phosphatases, या बातचीत डोमेन titrating द्वारा सेलुलर प्रक्रियाओं को प्रभावित कर सकते हैं. आकलन अगर प्रयोगात्मक शर्तों पर्याप्त हैं शायद सबसे सरल तरीका समसूत्री विभाजन से पिंजरे का बँटवारा करने के लिए कोशिका चक्र लंबाई को मापने के लिए और यह प्रतिदीप्ति और एक जांच की इमेजिंग अभिव्यक्ति की स्वतंत्र प्रयोगों के लिए तुलना है.
निगरानी में एक महत्वपूर्ण कारक झल्लाहट सेल चक्र के दौरान अनुपात उच्च संकल्प के साथ सुंदर चित्र प्राप्त करने का प्रलोभन का सामना है. हालांकि सटीक सेटिंग्स खुर्दबीन प्रणाली की संवेदनशीलता और अभिव्यक्ति के स्तर पर और विशेष रूप से जांच की प्रकृति पर निर्भर है, यह महत्वपूर्ण है उपयोग करने के लिएbinning का एक स्तर है कि क्या संगत बिल्कुल देखने के लिए आवश्यक है. हालांकि CFPex के बीच समय - YFPem और YFPex - YFPem छवियों के लिए कम करने की आवश्यकता है सेल आकारिकी में हमारे हाथ में परिवर्तन से बचने के बेहतर है अधिक से अधिक 0.1 सेकंड में जोखिम बार रखने के लिए और तटस्थ घनत्व फिल्टर द्वारा फ्लोरोसेंट रोशनी की तीव्रता को कम करने .
कैसे phototoxicity कोशिका चक्र को प्रभावित करता है अभिव्यक्ति के स्तर और जांच के स्थानीयकरण पर काफी हद तक निर्भर करता है. एक जांच है कि chromatin के लिए स्थानीय है, उदाहरण के लिए एक histone के साथ विलय द्वारा अधिक फ्लोरोसेंट रोशनी के प्रति संवेदनशील कोशिकाओं, संभाव्यतः के बाद से phototoxic byproducts के डीएनए के आसपास के क्षेत्र में बनाया जाता है renders. यह इसलिए महत्वपूर्ण है कोशिकाओं है कि पत्रकारों की अपेक्षाकृत कम स्तर व्यक्त की निगरानी और फिर जांच सेल चक्र समय अगर अलग subcellular संरचनाओं को जांच स्थानीयकृत.
कई नियंत्रण प्रयोगों कि झल्लाहट में मौजूद है सत्यापित करने के लिए आवश्यक हैंप्रयोगात्मक सेटअप और उस अनुपात में परिवर्तन एक जांच की वास्तविक phosphorylation दर्शाते हैं. कार्यात्मक नियंत्रण, जैसे निषेध या एक kinase के रिक्तीकरण के अलावा, यह सलाह दी जाती है करने के लिए जैव रासायनिक प्रयोगों के लिए सत्यापित करें कि जांच phosphorylated है, उम्मीद phospho - स्वीकर्ता जांच के भीतर एक गैर phosphorylatable अवशेषों साइट के उत्परिवर्तन, और photobleaching स्वीकर्ता प्रदर्शन झल्लाहट की घटना साबित होते हैं. एक व्यापक मान्यता का एक उदाहरण के लिए, रेफरी 14 में अनुपूरक 3 आंकड़ा देखें.
हालांकि यह सैद्धांतिक दोनों CFP और YFP उत्सर्जन की निगरानी, ऐसी setups के बहुत संवेदनशील परिवर्तन और रोशनी की स्थिति को ध्यान केंद्रित करने और आसानी से कलाकृतियों के लिए नेतृत्व कर सकते हैं कर रहे हैं झल्लाहट परिवर्तन का आकलन करने के लिए बेहतर है. परिवर्तन को ध्यान केंद्रित संवेदनशीलता रंगीन विपथन, जहां CFP और YFP उत्सर्जन एक ही बिंदु पर ध्यान केंद्रित नहीं करने के लिए कारण है. रोशनी परिवर्तन प्रकाश पथ के विभिन्न संरेखण पर काफी हद तक निर्भर करते हैं. यह विशेष रूप से प्रमुख है जब फिल्टर युक्त cubes का उपयोगएक dichroic दर्पण. फोकस और रोशनी में परिवर्तन को सही उद्देश्यों और ध्यान से गठबंधन फिल्टर क्यूब्स का उपयोग कम किया जा सकता है. हालांकि, हमारे अनुभव में, उत्सर्जन फिल्टर निरंतर रखने उत्तेजना और उत्सर्जन फिल्टर के अलग नियंत्रण के साथ एक सेटअप का उपयोग करके अधिमानतः बेहतर परिणाम देता है.
मनाया झल्लाहट परिवर्तन के परिमाण CFP प्रतिदीप्ति से YFP उत्सर्जन फिल्टर bleedthrough से कम है. मामले में पर्याप्त bleedthrough है, एक अतिरिक्त CFPex YFPem छवि - CFPem छवि में CFPex bleedthrough सही हासिल किया जा सकता है. हालांकि, इस तरह के सुधार बहुत ही संवेदनशील हैं मतभेद ध्यान केंद्रित करने और कलाकृतियों को पेश हो सकता है. इसके अलावा, वे एक अतिरिक्त छवि है, जो phototoxicity उत्पादन हो सकता है की आवश्यकता होती है.
एक मुद्दे के कम जब केवल निगरानी YFP उत्सर्जन, ध्यान में 24 भर कोशिकाओं रखने + समय चूक प्रयोग चुनौतीपूर्ण हो सकता है यद्यपि. ध्यान केंद्रित drifts से बचने के लिए, सुनिश्चित करें कि खुर्दबीनऔर पकवान पूर्व गरम है और कमरे में तापमान में उतार - चढ़ाव नहीं है. वैकल्पिक रूप से, एक autofocus प्रणाली है कि ट्रांसफ़ेक्ट जांच की इमेजिंग पर आधारित नहीं है का उपयोग करें.
पसंद है जो उद्देश्य का उपयोग करने के लिए विशेष रूप से आवेदन पर निर्भर करता है. एक तेल आधारित उच्च एनए उद्देश्य इकट्ठा और अधिक प्रकाश देता वृद्धि हुई है संकल्प, लेकिन और अधिक संवेदनशील है परिवर्तनों को ध्यान केंद्रित करने और उच्च सामग्री setups में अव्यावहारिक है. हम एक अपेक्षाकृत उच्च एनए के साथ एक हवा उद्देश्य का उपयोग करने के लिए cytoplasmic या परमाणु झल्लाहट के अनुपात का अध्ययन करना पसंद करते हैं, और तेल उद्देश्यों NA उच्च का उपयोग केवल जब उच्च subcellular संकल्प की आवश्यकता है.
इस कागज फिल्म कोशिका चक्र है कि उपकरणों कि आमतौर पर कई जीवन विज्ञान शोधकर्ताओं के लिए उपलब्ध हैं और केवल माइक्रोस्कोपी और छवि प्रसंस्करण के एक बेसल ज्ञान की आवश्यकता है का उपयोग करता है के माध्यम से झल्लाहट आधारित जांच करने के लिए एक सरल तरीका चर्चा है. अधिक विशेष विकल्प का उपयोग बीम splitters, प्रतिदीप्ति आजीवन एम शामिलicroscopy (Flim) 1 और सॉफ्टवेयर वस्तु विभाजन और 16 की गणना को स्वचालित 17 अनुपात झल्लाहट .
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हम खुलासा करने के लिए कुछ भी नहीं है.
लेखक स्वीडिश अनुसंधान परिषद, सामरिक अनुसंधान, स्वीडिश कैंसर समाज, स्वीडिश बच्चे कैंसर समाज, AKE Wibergs नींव और Jeanssons नींव के लिए स्वीडिश नींव द्वारा समर्थित हैं.
| Name | Company | Catalog Number | Comments |
| Leibovitz L-15, no phenol red | GIBCO, by Life Technologies | 21083-027 | |
| DMEM+Glutamax-I | GIBCO, by Life Technologies | 31966 | |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | Hyclone | SV30160.03 | |
| 0.05% Trypsin EDTA | Hyclone | SH30236.01 | |
| Penicillin-Streptomycin | Hyclone | SV30010 | |
| DPBS | GIBCO, by Life Technologies | 14287 | |
| Puromycin | Sigma-Aldrich | P8833 |
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ReplyPosted by: chris kimberleyFebruary 8, 2012, 10:58 AM