使用madSTORM进行高分辨率，超分辨率的T细胞成像
Summary
我们展示了使用荧光标记抗体的顺序结合和洗脱以单分子精确度在异质纳米结构内成像多个分子的方法。
Abstract
使用单分子定位显微镜的成像异质细胞结构受到定位精度和复用能力不足的阻碍。使用荧光纳米金刚石基准标记，我们描述了在单分子定位显微镜中获得高精度所需的漂移校正和校准程序。另外，描述了新的复用策略madSTORM，其中使用荧光抗体的顺序结合和洗脱将多个分子靶向相同的细胞。在活化的T细胞上证明了madSTORM可视化在称为T细胞受体微团簇的膜结合的多蛋白结构内的不同组分的位置。另外，讨论了madSTORM作为多蛋白结构可视化的一般工具的应用。
Introduction
已经开发了各种超分辨率显微技术来克服光学显微镜（〜200nm）的衍射极限。其中包括一类称为单分子定位显微术（SMLM）的技术，包括光激活定位显微镜（PALM）和随机光学重建显微镜（STORM）。 SMLM技术共享使用可在on（荧光）和off（暗/光切换）状态之间切换的荧光团，允许来自单分子1,2,3的荧光的顺序定位。
由于其与商业上可获得的染料和显微镜的兼容性，STORM（dSTORM）直接成为广泛采用的SMLM技术。 dSTORM可以定期实现〜10 nm的定位精度，定义为计算衍射中心的不确定度离子限制点扩散函数（PSF）。然而，尽管使用本地化算法估计的高精度5,6,7 ，单个分子的实际位置的准确确定受到一些问题的阻碍。首先，在图像采集期间显微镜平台的机械运动增加了定位精度的显着不确定性。由于SMLM图像通过数千个延时帧获得，显微镜平台的纳米尺度运动可能会显着损害最终超分辨率图像8的精度。为了补偿图像采集期间的阶段移动，通常基于来自图像本身（互相关）或来自基准标记（基准校正）的顺序定位的基于回归的拟合来估计阶段漂移。 Howev呃，这些方法需要优化每个图像堆叠的多个参数，并且不能在诸如机械振动的短时间尺度上考虑阶段运动。金纳米颗粒和多色荧光珠已经用作SMLM中的基准标记，但它们不是光稳定的，并且在漂移校正后比使用的氮空位中心荧光纳米钻石（FND）显着降低精度在madSTORM 10 。
除了衍射极限外，光学显微镜进一步受光谱限制。多个目标的同时可视化需要具有非重叠光谱特征的荧光探针，通常将基于荧光的光学显微镜限制为6种颜色，并将SMLM限制为2-3色4,11,12。此外，非线性色差导致多色图像的偏移，w需要使用多色基准标记8,13的广泛对准程序。为了克服这些限制，先前的研究已经使用重复光漂白或连续结合的荧光团14,15,16,17,18,19的化学淬灭成像了多个靶。虽然这些方法可以克服显微镜的光谱极限，但是已知荧光漂白是有毒的方法20 ，而延长的漂白或猝灭可能引起不期望的副作用，例如交联失去。此外，荧光探针的积累可导致样品中结合位点的空间阻断，防止表位的大规模复用和强大的靶向。为了避免这种空间干扰，最近的一个小编使用随机交换自由扩散的蛋白质片段21实现多路复用。尽管这种方法允许细胞结构的密集标记，但是它需要广泛的生物化学制备以分离肽片段，不能定位单分子位置，并且不容易利用市售的探针进行大规模复制。我们提供一个详细的视频协议，描述荧光抗体的顺序结合和洗脱，用于复用，抗体大小限制的dSTORM（madSTORM）成像，以及使用荧光纳米金刚石来实现精确的漂移校正和对准。
Protocol
Representative Results
Discussion
madSTORM中的顺序多路复用，漂移校正和校准程序允许在单元格中精确，高度多路复用异构结构的可视化。 10此外，madSTORM避免了多色STORM的局限性，如非远红色染料9,12的色差和次优照相切换/发射性能。由于洗脱步骤显着降低了来自顺序结合的抗体的空间干扰，所以可以使用madSTORM进行细胞样品的重复成像，超过先前技术9,15,21所达到的6-10轮复用成像。此外，顺序…
Offenlegungen
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
感谢吴旭峰访问STORM显微镜。这项研究得到了国家癌症研究所（NCI）癌症研究中心和国家心肺血液研究所（NHLBI）的校内研究计划的支持。
Materials
| 8 well coverslip chamber | Lab-tek | 155409 | |
| 0.1% Poly-L-Lysine solution | Sigma-Aldrich | P8920 | |
| NV-100nm Fluorescent Nano-diamond | Adamas | Red FND | |
| anti-CD3ε antibody | BD Biosciences | 555329 | |
| Bovine serum albumin, Fraction V | KSE Scientific | 98-100P | |
| Triton-X | Sigma-Aldrich | T9284 | |
| 10% Paraformaldehyde | EMS | 15712 | Carcinogen |
| Gelatin from fresh water fish skin | Sigma-Aldrich | G7041 | |
| Alexa 647 antibody labeling kit | Thermo Fisher | A20186 | |
| Magnesium Chloride hexahydrate | Sigma-Aldrich | 138924 | |
| PIPES | Sigma-Aldrich | P6757 | |
| Tween-20 | Fisher Scientific | BP337-500 | |
| 2-Mercaptoethanol | Sigma-Aldrich | M7154 | Highly toxic, air sensitive |
| Cysteamine | Sigma-Aldrich | 30070 | Highly toxic |
| Cyclooctatetraene 98% | Sigma-Aldrich | 138924 | Highly toxic, air sensitive |
| 10x PBS | KD Medical | RGF-3210 | |
| 10x TBS | KD Medical | RGF-3385 |
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