مقالة منهجية

التصوير مضان مع نانومتر دقة واحدة (FIONA)

DOI:

10.3791/51774

⸱

سبتمبر 26, 2014

 ,  ,  ,  ,  , 
1Department of Physics, University of Illinois at Urbana-Champaign, 2Center for the Physics of Living Cells, University of Illinois at Urbana-Champaign, 3Center for Biophysics and Computational Biology, University of Illinois at Urbana-Champaign

* These authors contributed equally

في هذه المقالة

ملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

يمكن أن تكون مترجمة fluorophores واحدة مع الدقة نانومتر باستخدام FIONA. هنا يقال ملخصا لتقنية FIONA، وكيفية إجراء التجارب FIONA يوصف.

الملخص

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

مضان التصوير بدقة نانومتر واحد (FIONA) هو تقنية بسيطة ولكنها مفيدة لتوطين fluorophores واحدة مع الدقة نانومتر في الطائرة س ص. هنا ملخص للتقنية FIONA يقال ويتم وصف أمثلة على البحوث التي تم تنفيذها باستخدام FIONA فترة وجيزة. أولا، كيفية إعداد المعدات اللازمة لإجراء التجارب FIONA، أي مجموع الداخلية انعكاس مضان المجهري (TIRFM)، مع تفاصيل عن محاذاة البصريات، يوصف. ثم كيفية إجراء التجربة FIONA بسيطة على توطين وظائفها و Cy3-DNA الجزيئات واحدة باستخدام البروتوكولات المناسبة، تليها استخدام FIONA لقياس 36 نانومتر حجم الخطوة من الميوسين اقتطاع فرجينيا محرك واحد وصفت مع نقطة الكم، ويتضح. وأخيرا، يقال جهد مؤخرا لتوسيع نطاق تطبيق FIONA لعينات سميكة. وتبين أن، وذلك باستخدام الهدف الغمر بالماء ونقاط الكم غارقة في عمق المواد الهلامية سول وقرنيات العين أرنب (>200 ميكرون)، والدقة توطين 2-3 نانومتر يمكن تحقيقه.

المقدمة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

حوالي عام 1882، وجدت إرنست آبي أن حل المجهر الضوء المرئي هو ~ λ / 2NA، أو ~ 200 نانومتر (حيث λ هو الطول الموجي وNA هي الفتحة العددية) 1،2. لذا فإن أي كائن أصغر من هذا البعد سوف تظهر كبقعة محدودة الحيود في المجهر الضوئي. ومع ذلك، فمن الممكن لتحديد مركز البقعة، وهذا هو، والموقع من وجوه، مع دقة أعلى بكثير 3. مضان التصوير بدقة نانومتر واحد (FIONA) هو تقنية بسيطة ولكنها مفيدة لتوطين fluorophores واحدة مع الدقة نانومتر في الطائرة س ص 4. دقة الترجمة، σ μ (أي الخطأ المعياري للمتوسط)، ويعتمد على عدد الفوتونات التي تم جمعها، figure-introduction-1 حيث N هو عدد الفوتون، S هو الانحراف المعياري للبقعة الفلورسنت، وغيرحجم بكسل للكشف والتصوير، وب هو الانحراف المعياري للخلفية 3،4. لfluorophore انبعاث الفوتونات ~ 10،000، يمكن تحقيق FIONA ~ 1 نانومتر الدقة 4.

FIONA يمكن استخدامها لتحديد بدقة موقف باعث ثابت أو متحرك واحد (على افتراض الصور يمكن اتخاذها بسرعة كافية). FIONA يمكن تطبيقها بالتتابع إلى الإطارات من الفيلم وبالتالي تتبع حركة جزيء واحد 4- 8. قد تكون الكواشف-صور الوقائية اللازمة لضمان أن العينة لا التحلل الضوئي. وعلاوة على ذلك، الكائن الفلورسنت نفسها قد تكون من أي حجم، أصغر أو أكبر من حيود limit- على سبيل المثال، قد تتكون من عضية (~ 1 ميكرون) مع العديد من البروتينات الفلورية فرقت على غشاء لها. باستخدام FIONA لا تزال تسفر عن دقيقة جدا (نانومتر) بمعدل متوسط ​​الوسط من كتلته. تحسن كبير في دقة الترجمة من قبل FIONA يسمح حل nanomeالحركات ثالثا النطاق مع مرور الوقت. وقد دفع هذا المجهر في طول النطاق الجزيئي 4- 8.

منذ اختراع لها، وقد تم تطوير أنواع من FIONA. على سبيل المثال، والتصوير مشرق الميدان مع دقة نانومتر واحد (bFIONA) 9، وهو البديل طفيف FIONA والصور ويموضع الأجسام الكثيفة مثل الأجسام الصباغية في الجسم الحي (الأجسام الداكنة التي تحتوي على صبغة الميلانين) مع الضوء المرسل. بالإضافة إلى ذلك، واستخدمت FIONA لحل الأصباغ متعددة. على سبيل المثال، واحد جزيء التصوير ذات الدقة العالية مع photobleaching من (الجمبري) 10،11 أو واحد جزيء عالية الدقة colocalization (SHREC) وقد وضعت 12 لحل اثنين من الأصباغ خلال حوالي 10 نانومتر. (لاحظ أن هذا هو القرار، أي كيف يمكن للمرء أن أقول بدقة الأصباغ بصرف النظر متطابقة.) وفي الآونة الأخيرة، ساهم تحليل FIONA لعملية توطين معين فائقة قرار المجهري مثل ريكو البصرية العشوائيةالمجهر nstruction (STORM) 13- 15 و تنشيط صورة توطين المجهري (النخيل) 16، التي fluorophores المظلمة المؤقتة متحمس، ثم يتم ترجمة مضان. بواسطة مثيرة مرارا كثافة منخفضة نسبيا من الأصباغ (أقل من واحد في الحيود بقعة محدودة)، ثم جمع مضان، وتحليل كل منهم FIONA، يمكن للمرء بناء على خريطة عالية الدقة. القرار بعد ذلك يقتصر على عدد الفوتونات كل صبغ يضع بها، فضلا عن أشياء مثل الحفاظ على عينة ثابتة (بما في ذلك، على سبيل المثال، المسرح المجهر) خلال عملية الاستحواذ.

في هذه الورقة، ملخصا لتقنية FIONA وصفا موجزا أمثلة على البحوث التي تم تنفيذها باستخدام يقال FIONA. أولا، كيفية إعداد المعدات اللازمة لإجراء التجارب FIONA، أي مجموع الداخلية انعكاس مضان المجهري (TIRFM)، مع تفاصيل عن محاذاة البصريات، يوصف. ثم كيف لتنفيذ تجربة FIONA بسيطة على توطين وظائفها و Cy3-DNA الجزيئات واحدة باستخدام البروتوكولات الملائمة، ويتضح. بعد ذلك، واستخدام FIONA لقياس 36 نانومتر حجم الخطوة من الميوسين اقتطاع فرجينيا محرك واحد وصفت مع الكم نقطة وتقدم. ميوسين فرجينيا هو بروتين محرك processive الضروري الذي يحمل البضائع الخلوية بينما translocating على طول خيوط الأكتين. هنا يتم استخدام ميوسين فرجينيا بناء اقتطاع لإزالة مجالات لا علاقة لها حجم الخطوة، ومع علامة FLAG تضاف إلى C-محطة للسماح سهولة وضع العلامات مع نقاط الكم بين functionalized مع الأجسام المضادة لمكافحة FLAG. تتم هذه التجربة في ظل انخفاض ATP لإبطاء الميوسين والسماح باستخدام الطويلة مرات التعرض كافية للحصول على عدد الفوتون جيد في كل إطار. يمكن استبدال أي تسمية الفلورسنت مشرقة بما فيه الكفاية في البروتوكول التالي. وأخيرا، يقال جهد مؤخرا توسيع نطاق تطبيق FIONA لعينات سميكة. كمبدأ إثبات صحة، كانت غارقة نقاط الكمالمواد الهلامية في سول والقرنيات أرنب العين ثم تصويرها والمحلية باستخدام FIONA. للتصوير، هدفا غمر المياه 60X مع NA = 1.2 كان يستخدم لهذا الهدف وعلى مسافة عمل أطول مما كانت سابقا 100X الهدف الغمر النفط. لتعويض الخسارة في التكبير في الهدف، تم إدراج عدسة التكبير خارج (3.3X 4.0X أو) في مسار الانبعاثات. بالإضافة إلى ذلك، برنامج التحصين الموسع ومضان (لا TIR) يحتاج المجهري لاستخدامها للوصول إلى المناطق العميقة في عينات سميكة. يتبين أن نقاط الكم غارقة في عمق المواد الهلامية سول والقرنيات أرنب العين (Z> 200 ميكرون) يمكن أن تكون مترجمة 2-3 مع الدقة نانومتر.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

البروتوكول

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

بيان الأخلاق: تم جمع أنسجة القرنية من الأرانب وفقا لجامعة إلينوي المؤسسي رعاية الحيوان واستخدام المبادئ التوجيهية.

الإعداد 1. TIRFM

ملاحظة: ارتداء نظارات الليزر السلامة في كل وقت.

  1. تأكد من أن كافة المكونات البصرية الضرورية المدرجة في قائمة المواد متوفرة وجاهزة للالمحاذاة. إذا لزم الأمر، استخدام بدائل مع وظائف ما يعادلها من الشركات الأخرى. تأكد من أن العدسات المرايا وينبغي أن يكون الطلاء المضادة للانعكاس (AR) مطابقة الليزر في الاستخدام.
  2. تعيين مرتفعات جميع المكونات البصرية إلى ارتفاع وسط المجهر العودة الميناء.
  3. جبل ليزر، مصراع الليزر وفلتر ND (ق). استخدام المرشحات ND للتخفيف من قوة الليزر أسفل أدنى مستوى ممكن مع الحفاظ على شعاع مرئية. تشديد الخناق مع مفاتيح عرافة المناسبة.
  4. تخطيط مسار الشعاع ووضع علامة عليه مع الشريط أو علامة على الطاولة البصرية (نقطةخطوط زرقاء تيد في الشكل 1). للبساطة، والحفاظ على مسارات مستقيمة على طول خطوط من الثقوب على الطاولة البصرية.
  5. مكان المرآة M1 (الشكل 1) في أول الصحيح زاوية بدوره. وضع القزحيات اثنين على طول القسم الثاني على التوالي مسار الشعاع المخطط لها. ضبط كلا من موقف وميل M1 مثل أن الليزر يمر عبر قزحية العين.
  6. مكان المرآة M2 (الشكل 1) في الثاني زاوية بدوره الصحيح. وضع المتوسع شعاع 10X (L1 و L2، الشكل 1) على طول القسم الثالث على التوالي للمسار. ضبط إمالته بحيث المتوسع شعاع مواز لكل من الجدول البصرية ومسار الشعاع المخطط لها.
    1. ضبط M1 و M2 مثل تكرارا أن الليزر يذهب بصراحة من خلال مراكز كل من العدسات من شعاع المتوسع. كرر هذه الخطوة حتى ملف شعاع من شعاع الموسع هو غير قص التمويه.
  7. ضبط M1 إلى مركز شعاع على L1 (فايجوري 1) و M2 لتوسيط شعاع على L2 (الشكل 1) تكرارا. لمحة شعاع سيئة تعني عادة يتم قص الليزر. استخدام قطعة من الورق الأبيض لمنع شعاع بعد شعاع المتوسع للتحقق من ملف شعاع مع العينين. لتحليل عالية الدقة، واستخدام التعريف الشعاع الضوئي.
  8. ضبط المسافة بين L1 و L2 بحيث شعاع موازى و. كرر الخطوة 1.8 و 1.9 إذا لزم الأمر.
    ملاحظة: عندما لا يتغير حجم المسافة مع شعاع وشعاع موازى بما فيه الكفاية لإعداد TIRFM. لزيادة تحسين إيزاء شعاع، يمكن أن تستخدم أدوات مثل تداخل القص. وحجم شعاع نموذجي بعد التوسع هو ~ 20 ملم.
  9. مصراع الليزر. فك الهدف المجهر والمسمار في محاذاة الهدف الفلورسنت. مكان يعكس M3 و M4 (الشكل 1) لتوجيه شعاع موسع في منفذ المجهر وعلى المرآة مزدوج اللون داخل البرج. تأكد من أن شعاع الليزر مستبعد قبالة رانه مزدوج اللون ونحو السقف.
  10. ضبط M3 لتوسيط ألمع جزء من شعاع على الهدف الفلورسنت، وM4 لضبط الميل إلى أن شعاع الرأسي.
  11. مصراع الليزر والمسمار الهدف الخريطة. إذا كان يتم محاذاة في الخطوة السابقة بشكل جيد يجب أن يكون هناك بقعة متماثل الخروج من الهدف. صقل يميل من M3 و M4 لتحسين قوة الليزر وملف شعاع من الهدف.
  12. جبل كاميرا EMCCD إلى المجهر وتوصيل الكاميرا إلى جهاز كمبيوتر. بدء برنامج للكاميرا.
  13. جبل عينة الفلورسنت (حل fluorophores) على المجهر. نظرة على بقعة مشرقة الفلورسنت على الكاميرا. تأكد من أن بقعة لا تحول على الشاشة كما يتم تغيير التركيز.
  14. وضع عدسة TIR (L3، الشكل 1) على المسرح الترجمة XYZ على مسافة من الطائرة تنسيق الخلفية للهدف الذي يساوي البعد البؤري للL3 (~ 30 سم). ضبط الموقف من L3مثل أن الليزر يمر عبر مركز العدسة.
  15. ترجمة L3 على طول مسار الشعاع لضبط إيزاء شعاع. تأكد من أن شعاع لا تزال تركز على رصد ومتناظرة في الشكل.
    ملاحظة: منطقة الإضاءة في الزيادات الطائرة عينة مع انخفاض TIR عدسة البعد البؤري. بشكل عام، استخدم أصغر البؤري التي يمكن احتواؤها على مجموعة المتابعة.
  16. ترجمة L3 عمودي على مسار الشعاع لإمالة شعاع من الهدف. الحفاظ ترجمة بحيث يتحقق TIR عدسة TIR. نلاحظ عينة من الخرز الفلورسنت من خلال الكاميرا EMCCD، وصقل L3 للحصول على SNR جيد.

figure-protocol-1
الرقم 1. التكوين البصري لمجموع المجهري التأمل الداخلي مضان (TIRFM).

2. FIONA و Cy3 على الحمض النووي

  1. Cالعجاف الشرائح المجهر وcoverslips: شطف الشرائح المجهر وcoverslips مع DDH 2 O والأيزوبروبانول وتجفيفها مع غاز النيتروجين. وضع الشرائح وcoverslips في نظافة البلازما لمدة 5 دقائق تحت الأرجون البلازما.
  2. بناء غرف العينة (كما رسمت في الشكل 2).
    1. وضع منديل ورقي على مقاعد البدلاء ومن ثم وضع قطعة من الورق العدسة على الجزء العلوي من الأنسجة. وضع شريحة على ورقة العدسة. تأكد من أن الجانب نظيفة من الشريحة صعودا.
    2. تطبيق قطعتين من الشريط على الوجهين على الشريحة على طول حواف طويلة، مما يترك فجوة من 3-5 ملم في المركز. وضع ساترة تنظيفها على رأس الشريحة. تأكد من أن الجانب نظيفة ساترة تواجه الشريحة.
    3. استخدام غيض ماصة في الضغط على الشريط على الوجهين. استخدام شفرة حلاقة لإزالة الشريط الزائدة من الشرائح بحيث يظل الشريط فقط تحت ساترة.
      ملاحظة: يتم ترك نهايات مفتوحة من الغرفة مفتوحة ويكون بمثابة مدخل والخروجالسماح. حجم الغرفة هو عدة ميكرولتر.

figure-protocol-2
الشكل 2. رسم من غرفة عينة نموذجية (أ) أعلى نظرا؛ (ب) الجانب الشخصي من الحق. (ج) الجانب الشخصي من الجبهة.

  1. شل و Cy3-DNA على الأسطح الداخلية للعينة غرف.
    1. إعداد T-50 العازلة (10 ملي تريس، حمض الهيدروكلوريك درجة الحموضة 8.0، 50 ملي كلوريد الصوديوم). إعداد BSA-البيوتين في T-50 في تركيز النهائي من 1 ملغ / مل. إعداد عازلة T50-BSA عن طريق إذابة BSA في T-50 في تركيز النهائي من 10 ملغ / مل.
    2. إعداد 0.5 ملغ / مل neutravidin في المخزن T50-BSA. إعداد المعقدة البيروكسيديز و Cy3 المسمى DNA (و Cy3-DNA) في T50-BSA بتركيز نهائي من 5-10 مساء.
    3. ماصة 10 ميكرولتر BSA-البيوتين (1 ملغ / مل) في حجرة العينة. الانتظار لمدة 5 دقائق.
    5. غسل الغرفة مع 40 ميكرولتر T50-BSA. ماصة 20 ميكرولتر و Cy3-DNA في غرفة العينة. احتضان لمدة 5 دقائق ثم يغسل الغرفة مع 80 ميكرولتر T50-BSA.
  2. صورة و Cy3-DNA الجزيئات واحدة تحت TIRFM.
    1. إعداد عازلة التصوير (100 ميكرولتر) عن طريق خلط 1 ميكرولتر Protocatechuate-3،4-دي أكسيجيناز (PCD، 5 ميكرومتر)، 4 ميكرولتر حمض الكافيك (PCA، 62.5 ملم)، 50 ميكرولتر 6 هيدروكسي 2،5،7،8- tetramethylchromane-2-حمض الكربوكسيلية (Trolox، 2 مم في T-50)، و 45 ميكرولتر T50-BSA.
    2. ماصة 30 ميكرولتر عازلة في التصوير والانتظار لمدة 8-10 دقيقة.
    3. جبل العينة للتصوير على أن TIRFM مجهز الليزر الأخضر (532 نانومتر)، هدفا الغمر النفط 100X (1.45 NA)، وكاميرا EMCCD.
    4. ضبط الوقت التعرض ل100-500 ميللي ثانية وEM الربح إلى 25 إلى 100. اكتساب فيلم من عينة ل1،000 الإطارات.
  3. لتحليل البيانات FIONA على الصور المسجلة و Cy3 من الحمض النووي.
    1. تحديد الحجم الفعلي بكسل (أي عامل التحويل من بكسل إلى نانومتر) بقسمة حجم بكسل المادي (يقرأ من ورقة مواصفات الكاميرا EMCCD) من إجمالي التكبير (التكبير من الهدف المجهر مضروبا أي تكبير إضافية).
    2. تحديد عامل التحويل من شدة بكسل لفوتون الأرقام بقسمة الحساسية CCD (أي الإلكترونات في عدد A / D، وقراءة من ورقة مواصفات الكاميرا CCD) من خلال مضاعف الإلكترون (EM) مكاسب استخدمت خلال الحصول على الصور.
    3. ترجمة وتشغيل FIONA.pro لتحليل FIONA. استخدام هذا البرنامج IDL لاستيراد صورة المكتسبة، لإدخال حجم بكسل فعال (من الخطوة 2.5.1) وعامل التحويل من كثافة لعدد الفوتون (من الخطوة 2.5.2)، واختيار المواقع لتحليل FIONA.
      ملاحظة: في نهاية المطاف، فإن PROGRAم إرادة إخراج النتائج المناسب مع وظائف 2D التمويه، وكذلك مجموع أرقام الفوتون ودقة الترجمة. ويرد نتيجة نموذجية في قسم النتائج تمثيلية وأرقام 4C-4D.
    4. ترجمة وتشغيل phcount.pro لوصف عدد الفوتون. استخدام هذا البرنامج IDL لقياس متوسط ​​عدد الفوتونات المنبعثة من fluorophore photobleaching من قبل، لاستيراد صورة والمكتسبة لإدخال عامل التحويل من كثافة لعدد الفوتون (من الخطوة 2.5.2).
      ملاحظة: سيقوم البرنامج ثم كشف البقع الفلورسنت تلقائيا (اختيار اليدوي هو خيار)، وحساب التهم الفوتون بوصفها وظيفة من عدد الإطار، والإخراج آثار التهم الفوتون.
      1. تجاهل آثار سيئة وتحديد نطاقات إطار بعد photobleaching من خط الأساس للتصحيح. في النهاية، سوف إخراج قائمة من إجمالي أعداد الفوتون لجميع البقع لا تجاهل البرنامج. ثم رسم توزيع الأرقام الفوتون وتناسب distribuنشوئها مع الاضمحلال الأسي للحصول على متوسط ​​عدد الفوتون. ويرد نتيجة نموذجية في قسم النتائج تمثيلية وشخصيات 4E-4F.

3. FIONA التطبيقية لقياس موتور (مثل الميوسين على الأكتين) الديناميات على مقياس نانومتر

  1. بلمرة الأكتين (أي إعداد-F الأكتين) قبل التجربة FIONA يوم واحد.
    1. إعادة G-الأكتين (مونومر) والبيوتين G-الأكتين (مونومر) إلى 10 ملغ / مل مع العازلة الأكتين العام. اثارة للتأكد من حل كلا بالكامل، والحفاظ على حد سواء على الجليد.
    2. خلط 10 ميكرولتر G-الأكتين (مونومر) مع 1.7 ميكرولتر البيوتين G-الأكتين في أنبوب microcentrifuge 1.5 مل. إضافة 100 ميكرولتر الجليد الباردة عازلة بلمرة الأكتين.
    3. يترك الخليط بين عشية وضحاها في 4 درجات مئوية (F-الأكتين شكلت) ثم قم بإضافة ده 2 O إلى إجمالي حجم 1 مل.
    4. تخزين خيوط الأكتين (F-الأكتين) في 4 درجة مئوية لاستخدامها لاحقا في التجارب.
      ملاحظة: سوف تتفكك خيوط وتقصير مع مرور الوقت، ولكن يمكن استخدامها لمدة أسبوعين على الأقل.
  2. تحضير العينة للتصوير.
    1. جعل حجرة العينة (كما هو موضح في بروتوكول 2.1 و 2.2). ماصة في 20 ميكرولتر المعقدة البيروكسيديز BSA في 1 ملغ / مل في DDH 2 O. احتضان لمدة 10 دقيقة. شطف مع 30 ميكرولتر DDH 2 O.
      ملاحظة: يمنع هذا السطح الزجاجي وتنص على البيوتين لربط خيوط الأكتين. البيروكسيديز بولي-L-يسين - غليكول البولي إثيلين (PLL-PEG) يمكن أن تخدم نفس الوظيفة.
    2. ماصة في 0.5 ملغ / مل neutravidin. احتضان لمدة 2 دقيقة ثم يغسل الغرفة مع 30 ميكرولتر M5 العازلة.
    3. ماصة في المعدة F-الأكتين المخفف 25 مرة في المخزن الأكتين العام، إلى التركيز النهائي ~ 0.004 ملغ / مل. انتظر 10 دقيقة، شطف مع 30 غرفة عازلة ميكرولتر.
    4. تمييع الميوسين فرجينيا مع بطاقة FLAG 30 أضعاف في M5 العازلة (20 ملي HEPES (الرقم الهيدروجيني 7.6)، 2 مم MgCl 2 و 25 ملي بوكل، 1 ملم EGTA) إلى تركيز س النهائيو 250 نانومتر. مزيج 1 ميكرولتر الميوسين مع 1 ميكرولتر مكافحة FLAG-Qdot705 (~ 1 ميكرومتر، مترافق من الأجسام المضادة لمكافحة FLAG وQdot705 باستخدام الأجسام المضادة Qdot705 الإقتران كيت وفقا لدليل التعليمات من الشركة المصنعة). إضافة في 8 ميكرولتر M5 لملء إلى 10 ميكرولتر. ماصة صعودا وهبوطا لتخلط جيدا. احتضان لمدة 10 دقيقة على الجليد.
      ملاحظة: هذا ينتج خليط من المحركات 1 إلى 4 نقاط الكم، في ~ 25 نانومتر تركيز الميوسين.
  3. التصوير للميوسين المشي على الأكتين.
    1. إعداد عازلة التصوير (100 ميكرولتر) عن طريق خلط 84 ميكرولتر M5-BSA (M5 عازلة مع 1 ملغ / مل BSA)، ATP 1 ميكرولتر (50 ميكرومتر في DDH 2 O)، 2 ميكرولتر DTT (500 ملم في DDH 2 O)، 1 CK ميكرولتر (500 U / مل)، و 5 ميكرولتر CP (200 ملم)، 1 ميكرولتر PCD، 4 ميكرولتر PCA، 1 ميكرولتر ميوسين-qdot بعد تخفيفه 10 أضعاف إلى 2.5 نانومتر آخر تركيز ميوسين، و1 ميكرولتر BME.
    2. ماصة في 20 ميكرولتر عازلة التصوير لأخذ عينات الغرفة واحتضان لمدة 8-10 دقيقة.
    3. صورة العينة على TIRF المجهر في 30 التعرض ميللي ثانية. الحصول على ما لا يقل عن 1،000 الإطارات. ضبط حجم ميوسين-qdot في الخطوة 3.3.1 إذا لزم الأمر.
  4. لتحليل البيانات والعثور على الحجم خطوة من الميوسين المشي.
    1. فتح ملف الفيديو في ImageJ 17 واقتصاص الفيديو حول بقعة مؤثرة. المحاصيل على مساحة واسعة بما فيه الكفاية أن بقعة لم يحصل في غضون 20 بكسل من الحافة، والتأكد من عدم وجود بقع أخرى في الفيديو. تأكد من أن هذه البقعة تتحرك في مسار خطي.
    2. تتبع فورا، من خلال الفيديو لتوليد x و y تنسق عبر الزمن، في بكسل، من خلال تطبيق تحليل FIONA (الخطوة 2.5.3) إلى كل إطار من الفيديو.
    3. تحويل بكسل إلى نانومتر، كما هو موضح في القسم السابق.
    4. حساب النزوح من الموقف المبدئي بوصفها وظيفة من الزمن.
    5. تشغيل اختبار t على النزوح للحصول على خطوات ميوسين المشي.
      ملاحظة: هذا البرنامج ينص على اختبار t (step_t_test.zip) يتم ترميز في IDL ويخدعsists 14 من الوظائف الفرعية في المجلد.
      1. فتح جميع الوظائف الفرعية في IDL وتجميع كل مرتين. قم بتشغيل mtltyanalysis_ttest.pro واختيار ملف نصي يحتوي على البيانات فقط المسافة في عمود واحد. سيتم إنشاء ملف Excel الإخراج، الذي يحتوي على البيانات الخام، وصالح، وحجم الخطوة.
    6. حذف كل القيم الصفر من العمود حجم الخطوة. رسم توزيع أحجام خطوة المنشأ أو باستخدام MATLAB. تناسب التمويه على الرسم البياني.
      تحتاج أحجام الخطوة القيم الصفر ليتم حذفه لأن خطوة من الصفر يعني أن أي خطوة تتخذ من الإطار السابق: ملاحظة. تركيب يعطي الذروة حوالي 36 نانومتر (كما هو موضح في الشكل 5).

4. سميكة إعداد نموذج لFIONA

  1. إعداد نقاط الكم مغلفة في سول هلام.
    1. خلط 4.5 مل TMOS، 1 مل DDH 2 O و 100 ميكرولتر حمض الهيدروكلوريك (120 ملم). يصوتن الخليط على الجليد لمدة 30 دقيقة في نظافة بالموجات فوق الصوتية ليرة سوريةecified في قائمة المواد (التردد = 40 كيلو هرتز، سخان = إيقاف). مزيج الحل كل 10 دقيقة.
    2. تمييع 1.5 ميكرولتر Qdot605 في 1.5 مل HEPES (50 ملي درجة الحموضة 7.2). مزيج حل مع 1.5 مل TMOS من الخطوة السابقة.
    3. صب الخليط في طبق أسفل الزجاج. ختم طبق أسفل الزجاج مع parafilm وتخزينها في 4 درجة مئوية ل1. 5 ساعة.
    4. إضافة 2 مل 1٪ BME في برنامج تلفزيوني على طبق عينة ويحضن في درجة حرارة الغرفة لمدة 30 دقيقة قبل التصوير.
  2. تحضير العينة القرنية ملطخة نقاط الكم.
    ملاحظة: كانت الأرنب عيون الهدايا من الدكتور مرسى مارجانوفيتش.
    1. فصل القرنية من عيون وقطع عليه في 3 مم × 3 مم قطعة.
    2. تمييع 1 ميكرولتر Qdot 605-streptavidin في 1 مل من برنامج تلفزيوني. احتضان الأنسجة القرنية مع 1 نانومتر Qdots الحل عند 4 ºC لمدة 1 ساعة. غسل الأنسجة مع PBS.
    3. تأخذ شريحة زجاجية نظيفة وساترة # 1.5. وضع 4 طبقات من الشريط مزدوجة من جانب على شريحة زجاجية على طول الجانب الأطول، والثانية وضع 4 طبقات أخرى من جهين الشريط الموازي للشريط السابق وترك القناة حوالي 1 سم بين بين. وضع الأنسجة من الخطوة السابقة في منتصف القناة، وتغطية ذلك مع ساترة.
    4. اضغط برفق على جانبي ساترة لجعله التمسك الأشرطة. الرطب القناة مع 50 ميكرولتر PBS قبل التصوير.
  3. صورة نقاط الكم في سول جل والقرنية.
    1. لFIONA التصوير في عينات سميكة، استخدم الهدف 60X الغمر بالمياه مع العمل عن بعد من 0.27 مم، أو الهدف 60X الغمر بالمياه مع العمل عن بعد من 0.28 ملم.
    2. جبل العينة على المجهر. ضبط عدسة TIRF بحيث تصل إلى وضع برنامج التحصين الموسع ومضان (أي شعاع الليزر يخرج من الهدف مع زاوية ضد ساترة). إدراج عدسة التكبير إضافية (3.3X أو 4.0X).
    3. نقل البؤري للهدف إلى موقف ض المطلوب (مثل> 200 ميكرون). تسجيل صور متحركة منالنقاط الكمومية في العينة.
  4. لتحليل FIONA كما هو موضح في القسم 2.5 من هذا البروتوكول.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

النتائج

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ويرد نموذجية الهدف من نوع الإعداد TIRFM في الشكل 3. الأولى، تم تصوير عينة و Cy3-DNA-يجمد السطح. يظهر صورة نموذجية في الشكل 4A. تم التقاط هذه الصورة مع زمن التعرض 0.5 ثانية، مع تحقيق مكاسب EM = 50 والحساسية CCD = 12.13 للكاميرا. يظهر الانتشار وظيفة نقطة (PSF) من جزيء واحد و Cy3-DNA في الشكل 4B (من ركلة يشير إليه السهم في الشكل 4A)، حيث يظهر شريط اللون حجم كثافة بكسل. ويمكن حساب التهم الفوتون الفعلية بضرب كثافة بكسل...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المناقشة

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

FIONA هي تقنية في توطين موقف باعث الفلورسنت (fluorophore العضوي أو الكم نقطة) مع الدقة نانومتر والقرار الزماني وصولا الى 1 ميللي ثانية 4- 8. عندما يتم جمع ما يكفي من الفوتونات، وهذا الأسلوب يسمح لتحديد موقف باعث الفلورسنت أكثر دقة بكثير من الحد حيود (~ 200 نانومتر)، وبالتالي يفتح هذا الأسلوب وسيلة لمراقبة ما لم يظهر مع التقليدية / التقليدية المجهر الضوئي 4 - 8. منذ اختراع لها، وقد FIONA طبقت بنجاح لمراقبة قريبة من العديد من المحركات الجزيئية، مثل myosins وkin...

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

الإفصاحات

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تعلن الكتاب أنه ليس لديهم المصالح المالية المتنافسة.

شكر وتقدير

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية للصحة 068625 المنح والمنح جبهة الخلاص الوطني 1063188 ومركز الفيزياء الخلايا الحية 0822613. شكر خاص للدكتور مرسى مارجانوفيتش في معهد بيكمان للعلوم والتقنية المتقدمة لهدية من عيون الأرانب.

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

المواد

قائمة المواد المستخدمة في هذه المقالة
الاسمالشركةرقم فهرسيالتعليقات
شريط على الوجهين3M~ 75 &# 181 ؛
m سميكة EMCCD كاميراAndor TechnologyDU-897E-CS0-#BV
منظف بالموجات فوق الصوتيةبرانسون2510
مجموعة مرشح مضانChroma49016
Actin بلمرة عازلة   ؛الهيكل الخلوي BSA02
البيوتين G-أكتينالهيكل الخلوي  AB07
G-actin الهيكل الخلوي AKL95
المخزن المؤقت العام للأكتين الهيكل الخلوي BSA01
مصراع ليزر (مع سائق)شركة المنتجات الكهروضوئيةSH-10-MP
IDLExelis حلول
Neutravidin  فيشر العلميPI-31000
CoverslipFisherbrand 22X30-1.50.16-0.19 مم سميكة
مجهر الشريحةالذهب ختم Microslides 30103X10.93-1.05 مم سميكة
منظف البلازماهاريك بلازماPDC-001
طبق سفلي زجاجي في المختبر ScientificD35-20-1.5-N
Cy3-DNA oligosتقنيات الحمض النووي5'-Cy3 / GCCTCGCTGCCGTCGCCA-3'Bio
Fluorescent Beads InvitrogenT-7280
Qdot 605-streptavidin InvitrogenQ10101MP
Qdot605 InvitrogenQ21301MP
Qdot705InvitrogenQ22021MP 
Qdot705 طقم اقتران الأجسام المضادةInvitrogenQ22061MP
MATLABMathWorks
الجدول البصريNewport CorpRS4000 Series
60X الهدفخطة نيكونApo VC 60x WI
100X الهدفأوليمبوسبلاندأبو 100X / 1.45 النفط & infin ؛ / 0.17
60X الهدفأوليمبوسUPlanApo 60X / 1.20W
مجهر مقلوبأوليمبوسIX71 / IX70 / IX81
OriginLab
الأجسام المضادة المضادة ل FLAGسيجما ألدريتشF7425-.2MG
ATPسيجما ألدريتشA7699
BME & nbsp ؛سيجما ألدريتش63689-25 مل-F
BSAسيجما ألدريتشA7906
BSA-البيوتينسيجما ألدريتشA8549-10MG
CKسيجما ألدريتشC3755الكرياتين فوسفوكيناز من عضلة الأرانب
CPسيجما ألدريتشP1937فوسفوكرياتين دي (تريس) ملح
DTTسيجما ألدريتش43815DL-Dithiothreitol
EGTAسيجما ألدريتشE3889الإيثيلين جلايكول مكرر (2-أمينوإيثيل إيثر) -< م > N ، N ، N & prime ؛ < / م > حمض رباعي الأسيتيك
حمض الهيدروكلوريك   ؛سيجما ألدريتش93363-500G
HEPES سيجما ألدريتشH0887
KClسيجما ألدريتشP9333
MgCl2< / sub>سيجما ألدريتشM1028
كلوريد الصوديومسيجما ألدريتشS7653
PCAسيجما ألدريتش03930590حمض البروتوكاتشويك  
PCDSigma AldrichP8279Protocatechuate-3،4-dioxygenase   ؛
TMOSسيجما ألدريتش341436-25Gتتراميثيل أورثسليكات
تريس-حمض الهيدروكلوريك  سيجما ألدريتش93363
Troloxسيجما ألدريتش2388136-هيدروكسي-2،5،7،8-رباعي ميثيل كرومان-2-حمض كربوكسيل
1 "مرايا عازلة عريضة النطاق قطرها مع حواملThorlabs  BB1-E02 ، KM100الكمية: 2
½ ؛ ” وظائف القطرThorlabs   ؛كمية TR4 6
10X شعاع موسعThorlabs BE10M-A
2 "قطر f = عدسة 300 مم مع حاملThorlabs  LA1256-A ، LMR2عدسة TIR
هدف محاذاة الفلورسنت  Thorlabs نظارات السلامة بالليزر VRC2SM1
Thorlabs LG3
ND)Thorlabs FW1AND
ملف تعريف الشعاع البصريThorlabs BP209-VIS
الحجاب الحاجز القزحية المثبتةبعد Thorlabs   ؛ID25الكمية: 2
قص التداخلThorlabs   ؛الترجمة SI100
XYZ ، ½ ؛ ” السفر Thorlabs T12XYZ
ليزروورلد ستار تكنولوجيز TECGL-30532 نانومتر، 30 ميجاوات
المعلومات المرئية المتكاملة مرشح (مرشحات) مرحلة

المراجع

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Abbe, E. The Relation of Aperture and Power in the Microscope. Journal of the Royal Microscopical Society. 2 (3), 300-309 (1882).
  2. Abbe, E. The Relation of Aperture and Power in the Microscope (continued). Journal of the Royal Microscopical Society. 2 (4), 460-473 (1882).
  3. Thompson, R. Precise Nanometer Localization Analysis for Individual Fluorescent Probes. Biophysical Journal. 82 (5), 2775-2783 (2002).
  4. Yildiz, A., et al. Myosin V Walks Hand-Over-Hand: Single Fluorophore Imaging with 1.5-nm Localization. Science. 300 (5628), 2061-2065 (2003).
  5. Yildiz, A., Tomishige, M., Vale, R. D., Selvin, P. R. Kinesin Walks Hand-Over-Hand. Science. 303 (5658), 676-678 (2004).
  6. Yildiz, A., et al. Myosin VI Steps via a Hand-over-Hand Mechanism with Its Lever Arm Undergoing Fluctuations when Attached to Actin. Journal of Biological Chemistry. 279 (36), 37223-37226 (2004).
  7. Yildiz, A., Selvin, P. R. Fluorescence Imaging with One Nanometer Accuracy: Application to Molecular Motors. Accounts of Chemical Research. 38 (7), 574-582 (2005).
  8. Toprak, E., Yildiz, A., Hoffman, M. T., Rosenfeld, S. S., Selvin, P. R. Why kinesin is so processive. Proceedings of the National Academy of Sciences. 106 (31), (2009).
  9. Kural, C., et al. Tracking melanosomes inside a cell to study molecular motors and their interaction. Proceedings of the National Academy of Sciences. 104 (13), 5378-5382 (2007).
  10. Gordon, M. P., Ha, T., Selvin, P. R. Single-molecule high-resolution imaging with photobleaching. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (17), 6462-6465 (2004).
  11. Qu, X., Wu, D., Mets, L., Scherer, N. F. Nanometer-localized multiple single-molecule fluorescence microscopy. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 101 (31), 11298-11303 (2004).
  12. Churchman, L. S., Ökten, Z., Rock, R. S., Dawson, J. F., Spudich, J. A. Single molecule high-resolution colocalization of Cy3 and Cy5 attached to macromolecules measures intramolecular distances through time. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 102 (5), 1419-1423 (2005).
  13. Huang, B., Wang, W., Bates, M., Zhuang, X. Three-Dimensional Super-Resolution Imaging by Stochastic Optical Reconstruction Microscopy. Science. 319 (5864), 810-813 (2008).
  14. Rust, M. J., Bates, M., Zhuang, X. Sub-diffraction-limit imaging by stochastic optical reconstruction microscopy (STORM). Nat Meth. 3 (10), 793-796 (2006).
  15. Bates, M., Huang, B., Dempsey, G. T., Zhuang, X. Multicolor Super-Resolution Imaging with Photo-Switchable Fluorescent Probes. Science. 317 (5845), 1749-1753 (2007).
  16. Betzig, E., et al. Imaging Intracellular Fluorescent Proteins at Nanometer Resolution. Science. 313 (5793), 1642-1645 (2006).
  17. Abramoff, M. D., Magalhães, P. J., Ram, S. J. Image processing with ImageJ. Biophotonics international. 11 (7), 36-42 (2004).
  18. Enderlein, J., Toprak, E., Selvin, P. R. Polarization effect on position accuracy of fluorophore localization. Optics Express. 14 (18), 8111-8120 (2006).
  19. Cheezum, M. K., Walker, W. F., Guilford, W. H. Quantitative comparison of algorithms for tracking single fluorescent particles. Biophysical Journal. 81 (4), 2378-2388 (2001).
  20. Rasnik, I., McKinney, S. A., Ha, T. Nonblinking and long-lasting single-molecule fluorescence imaging. Nature Methods. 3 (11), 891-893 (2006).
  21. Zhuang, X., et al. A Single-Molecule Study of RNA Catalysis and Folding. Science. 288 (5473), 2048-2051 (2000).
  22. Aitken, C. E., Marshall, R. A., Puglisi, J. D. An Oxygen Scavenging System for Improvement of Dye Stability in Single-Molecule Fluorescence Experiments. Biophysical Journal. 94 (5), 1826-1835 (2008).

الوصول مقيد. يرجى تسجيل الدخول أو بدء فترة تجريبية لعرض هذا المحتوى.

إعادة الطباعة والأذونات

طلب إذن لإعادة استخدام النص أو الأشكال في مقالة JoVE هذه

طلب إذن

الوسوم

FIONA Va DNA Cy3 TIRF

مقالات ذات صلة