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Einzelmolekül-Lokalisationsmikroskopie (SMLM) Techniken wie stochastische optische Rekonstruktionsmikroskopie (STORM) und photoaktivierte Lokalisationsmikroskopie (PALM) haben sich als Methoden zur Erzeugung von hochauflösenden Bildern mit Informationen jenseits der optischen Beugungsgrenze1,2 und zur Verfolgung der Dynamik einzelner Biomoleküle3,4herauskristallisiert. Eine der Anforderungen für Sonden, die mit SMLM kompatibel sind, ist die Fähigkeit, die Anzahl der aktiven Fluorophore jederzeit zu kontrollieren, um räumliche Überschneidungen ihrer Punktstreufunktionen (PSF) zu vermeiden. In jedem der Tausenden von Datenerfassungsrahmen wird dann die Position der einzelnen fluoreszierenden Fluorophore mit einer Genauigkeit von 20 nm bestimmt, indem die entsprechende Punktstreufunktion angebracht wird. Traditionell wurde das On-Off-Blinken von Fluorophoren durch stochastisches Photoswitching1,2,5 oder chemisch induziertes intrinsisches Blinken6gesteuert. Weitere Ansätze sind die induzierte Aktivierung von Fluorogenen bei vorübergehender Bindung an ein fluorogen-aktivierendes Protein7,8 und die programmierbare bindungsfreie Bindung von markierten DNA-Oligomeren in der gesamten inneren Reflexionsfluoreszenz (TIRF) oder Lichtblattanregung9. Kürzlich berichteten wir über eine neuartige und vielseitige Etikettierungsstrategie für SMLM10, in der zuvor gemeldete rot verschiebte Dimer (DII) Zustände herkömmlicher Bor-Di-Pyromethan (BODIPY)-Konjugate11,12,13 vorübergehend bilden und speziell angeregt und mit rot verschobenen Wellenlängen erkannt werden.
BODIPYs sind weit verbreitete Farbstoffe mit Hunderten von Varianten, die speziell subzelluläre Kompartimente und Biomoleküle14,15,16kennzeichnen. Aufgrund ihrer Benutzerfreundlichkeit und Anwendbarkeit in lebenden Zellen sind BODIPY-Varianten für die konventionelle Fluoreszenzmikroskopie im Handel erhältlich. Hier beschreiben wir ein detailliertes und optimiertes Protokoll, wie die Hunderte von kommerziell erhältlichen BODIPY-Konjugaten für Live-Cell-SMLM verwendet werden können. Durch die Optimierung der Konzentration von BODIPY-Monomeren und die Optimierung der Anregungslaserkräfte, Bildgebungs- und Datenanalyseparameter werden hochwertige hochauflösende Bilder und Einzelmolekül-Tracking-Daten in lebenden Zellen gewonnen. Bei geringer Konzentration (25-100 nM) können BODIPY-Konjugate gleichzeitig für SMLM im rot verschiebten Kanal und für die korrelative konventionelle Fluoreszenzmikroskopie im konventionellen Emissionskanal eingesetzt werden. Die erhaltenen Einzelmoleküldaten können analysiert werden, um die räumliche Organisation unbeweglicher Strukturen zu quantifizieren und die diffusiven Zustände von Molekülen in lebenden Zellen zu extrahieren17. Die Verfügbarkeit von BODIPY-Sonden in grüner und roter Form ermöglicht eine mehrfarbige Bildgebung, wenn sie in der richtigen Kombination mit anderen kompatiblen Fluorophoren verwendet wird.
In diesem Bericht bieten wir ein optimiertes Protokoll zum Erfassen und Analysieren von Live-Zell-SMLM-Daten mit BODIPY-C12, BODIPY (493/503), BODIPY-C12 rot und Lysotracker-Grün in mehreren Farben. Wir lösen Fettsäuren und neutrale Lipide in lebenden Hefe- und Säugetierzellen mit einer Auflösung von 30 nm. Wir zeigen weiter, dass Hefezellen die räumliche Verteilung von extern zugesetzten Fettsäuren in Abhängigkeit von ihrem Stoffwechselzustand regulieren. Wir stellen fest, dass zugesetzte BODIPY-Fettsäuren (FA) das endoplasmatische Retikulum (ER) und Lipidtröpfchen (LDs) unter gefütterten Bedingungen lokalisieren, während BODIPY-FAs beim Fasten nicht-LD-Cluster in der Plasmamembran bilden. Wir erweitern die Anwendung dieser Technik auf Bildlysosomen und LDs in lebenden Säugetierzellen. Unser optimiertes Protokoll für SMLM mit herkömmlichen BODIPY-Konjugaten kann eine nützliche Ressource sein, um biologische Prozesse im Nanomaßstab mit den unzähligen verfügbaren BODIPY-Konjugaten zu untersuchen.