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Die Visualisierung subzellulärer Strukturen und Proteindynamiken in lebenden Zellen mit einer Auflösung jenseits der Beugungsgrenze des Lichts ist typischerweise sehr herausfordernd1-3. Während mehrere superauflösende Techniken wie Stochastic-Optical-Reconstruction-Microscopy (STORM), Photo-Activated-Localization-Microscopy (PALM) und Stimulated-Emission-Depletion (STED)4,5,6Mikroskopie entwickelt wurden, schränken Komplikationen bei der Probenvorbereitung sowie die Notwendigkeit, die Lebensfähigkeit und Aktivität ex vivo aufrechtzuerhalten, die Verwendung herkömmlicher hochauflösender Mikroskopie für die Bildgebung lebender Proben ein. Die konventionelle konfokale Mikroskopie kann keine räumliche Auflösung über ~230 nm XY-Auflösung hinaus erreichen und reicht oft nicht aus, um komplizierte zelluläre Unterstrukturen zu beobachten5,6. Eine neuere Entwicklung in der konfokalen Mikroskopie, die hochauflösende Airyscan-Bildgebung, ist jedoch in der Lage, etwa 140 nm (XY-Auflösung)7,8 zu erreichen und verfügt über eine relativ einfache Probenvorbereitung, die mit live-Bildgebung kompatibel ist. Da dieses bildgebende Detektionssystem eine lange Erfassungszeit benötigt, geht seine hohe räumliche Auflösung auf Kosten der zeitlichen Auflösung9. Daher wird eine Methode benötigt, um sicherzustellen, dass die Bildgebung lebender Zellen mit hoher räumlicher Auflösung erweitert wird.
Hier haben wir eine Methode entwickelt, um lebende Zellen in intaktem Gewebe in ihrer optimalen Auflösung zu beobachten, um subzelluläre Strukturen mit detaillierten räumlichen Informationen zu entschlüsseln. Dieses Verfahren ist so konzipiert, dass Proben über einen langen Zeitraum (~ 10 h) stabil montiert werden können, ohne sich zu bewegen oder zu degenerieren. Die bei dieser Technik verwendeten lebenden Zellmedien können die Zellfunktion unterstützen und Photobleaching für bis zu 10 Stunden unter einem hochauflösenden Mikroskop vermeiden. Schließlich minimiert dieses Protokoll die meisten Belastungen, die durch die ständige Beleuchtung von Lasern über längere Zeiträume verursacht werden, wie Hypoxie, Feuchtigkeits- und Temperaturänderungen sowie Nährstofferschöpfung.
Mit diesem Protokoll zur Abbildung von Drosophila männlichen Keimbahnstammzellen (GSCs) konnten wir beobachten, wie die asymmetrische Aktivität von Mikrotubuli eine bevorzugte Interaktion mit epigenetisch unterschiedlichen Schwesterchromatiden ermöglicht10,11,12,13. Diese Art von zellulären Ereignissen sind hochdynamisch und in lebenden Zellen mit anderen hochauflösenden Bildgebungsmethoden wie STORM, PALM oder STED sehr schwer zu visualisieren. Wir gehen davon aus, dass diese Methode für Zellbiologen sehr nützlich sein wird, da sie darauf abzielen, die dynamischen subzellulären Strukturen lebender Zellen in Geweben zu verstehen. Es gibt viele Bereiche, in denen diese Methode angewendet werden kann, wie z.B. die Untersuchung der Dynamik von Proteinen; Verständnis der Bewegung von Zellen; und Lineage Tracing und zelluläre Differenzierungsprozesse, unter anderen möglichen Anwendungen.