Artículo de método

Localización cuantitativa de una proteína de Golgi por su masa centro de fluorescencia de imagen

DOI:

10.3791/55996

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10 de agosto de 2017

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1School of Biological Sciences, Nanyang Technological University, 2Bioinformatics Institute, 3School of Computing, National University of Singapore

En este artículo

Resumen

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La localización precisa de los residentes de Golgi es esencial para la comprensión de las funciones celulares de lo Golgi. Sin embargo, la microscopía óptica convencional es incapaz de resolver la estructura sub-Golgi. Aquí describimos el protocolo para un método de súper-resolución microscopia convencional basado determinar cuantitativamente la localización sub-Golgi de una proteína.

Resumen

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

El complejo de Golgi consta de cisternas apiladas en serie de membrana que pueden categorizarse aún más en las regiones sub-Golgi, incluyendo cis-Golgi, medial-Golgi, trans-Golgi y trans-red de Golgi. Funciones celulares de lo Golgi son determinadas por la distribución característica de sus proteínas residentes. La resolución espacial de microscopía óptica convencional es insuficiente para resolver la estructura sub-Golgi o cisternas. Así, la microscopía electrónica de inmuno-oro es un método de elección para localizar una proteína a nivel sub-Golgi. Sin embargo, la técnica y el instrumento están más allá de la capacidad de los laboratorios de biología celular la mayoría. Aquí describimos nuestro método de super-resolución recientemente desarrollado llamado localización de Golgi proteína por imágenes centros de masa (GLIM) sistemáticamente y cuantitativamente localizar una proteína de Golgi. GLIM se basa en protocolos de etiquetado estándar de fluorescencia y convencional campo amplio o microscopios confocales. Se trata de la calibración de la aberración cromática desplazamiento del sistema microscópico, la adquisición de la imagen y el análisis después de la adquisición. La localización de sub-Golgi de una proteína prueba cuantitativamente se expresa como el cociente de localización. Hay cuatro principales ventajas de GLIM; es rápida, basada en métodos convencionales y herramientas, el resultado de la localización es cuantitativo, y que ofrece ~ 30 resolución práctica de nm en el eje de Golgi. Aquí describimos el protocolo detallado de GLIM localizar una prueba de proteína de Golgi.

Introducción

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

El aparato de Golgi juega un papel esencial en el tráfico endocíticas/secretoras de proteínas y lípidos (en lo sucesivo cargos) en células de mamífero1,2,3. En el Golgi, cargas son no sólo ordenan a varios compartimientos celulares pero también modificados por diversos tipos de glicosilación. El complejo de Golgi mamífero comprende numerosas pilas de Golgi conectadas lateralmente, que típicamente consiste en 4-11 sacos de membrana firmemente junto y planos llamados cisternas. Las cisternas de Golgi apiladas en serie tienen más la categoría, de un extremo al otro, medial, cisy trans-cisternas. En el trans-lado de una pila del Golgi, trans-saco de membrana la mayoría se convierte en una red de membrana tubular y retículo llamada trans-red de Golgi (TGN)4. En la vía secretoria, cargas derivados del retículo endoplásmico (ER) Introduzca un stack de Golgi en su cis-lado y entonces pasan secuencialmente por medial y trans-cisternas. Cargos eventualmente salir de Golgi en el trans-Golgi o TGN destinando a la membrana plasmática, endosomas o gránulos secretores.

Los mecanismos moleculares y celulares de cómo cargas de tránsito un stack de Golgi y cómo el Golgi mantiene su organización cisternal siguen siendo misterios y actualmente todavía están en un acalorado debate1. Una de las dificultades en este campo es que cisternas de Golgi sólo pueden resolverse en la microscopia electrónica (EM) desde la resolución de un microscopio óptico (~ 200 nm) es insuficiente para resolver los cisternas de Golgi (< 100 nm en ambos grueso cisternal y la distancia). Por lo tanto, la localización sub-Golgi de proteínas residentes y cargas de tránsito se determinan convencionalmente por la EM de inmuno-oro. Sin embargo, el inmuno-oro EM muy técnicamente es exigente y está más allá de la capacidad de los laboratorios de biología celular la mayoría. Aunque la resolución de la EM puede ser sub-nanométrica, la resolución de la EM de inmuno-oro es obstaculizada grandemente por el tamaño del anticuerpo complejo (primaria más el anticuerpo secundario) y la partícula de oro, y puede ser peor que 20 nm. Además, se obtienen las imágenes de la EM de secciones delgadas 2D en lugar de una visión global 3D de Golgi, que puede dar lugar a conclusiones erróneas según la posición relativa y orientación de la sección 2D5. Por ejemplo, estudiar una única sección de la EM es incapaz de distinguir confiablemente una vesícula de la vista ortogonal de un túbulo puesto que ambos pueden mostrar perfiles idénticos de membrana redonda. El advenimiento reciente de técnicas de microscopía de superresolución, tales como microscopía de iluminación estructurada en 3D (3D-SIM), estimuló el agotamiento de la emisión (STED), microscopía de localización fotoactivado (PALM) y estocástico reconstrucción óptica microscopia ( La tormenta), permite resolver las estructuras sub-Golgi en microscopios de luz6. Sin embargo, hay al menos cuatro desventajas que pueden limitar significativamente su uso en el estudio biológico de la célula del Golgi. 1) Super-resolución actual técnicas requieren configuración hardware caro y especial que está más allá de más laboratorios de biología celular. 2) protocolos de etiquetado fluorescencia especiales son necesarios para algunas técnicas de superresolución. 3) aunque, bajo las mejores condiciones, estas técnicas tienen 20-110 nm de resolución espacial, la resolución práctica obtenida en muestras reales puede ser mucho peor. 4) en comparación con microscopia convencional, estas técnicas de superresolución todavía tienen dificultades en la realización de multicolores, 3D o viven imágenes de celular, ya sea individualmente o en combinación. Probablemente lo más importante, inmuno-oro EM y las técnicas de microscopía de superresolución rendimiento cualitativo en vez de datos cuantitativos de localización.

Intentar solucionar parcialmente problemas mencionados anteriormente, recientemente hemos desarrollado un método de microscopía de luz convencional basado, que es el nombre de localización de Golgi proteína por imágenes centros de masa (GLIM), sistemáticamente y cuantitativamente localizar un Golgi proteína con una resolución equivalente a la de la inmuno-oro EM7. En este método, el Golgi en células mamíferos cultivadas se dispersa como mini-pilas de Golgi por el tratamiento de nocodazole, una droga despolimerizantes de microtúbulos. Estudios extensos han demostrado que inducida por nocodazole Golgi mini-pilas (en adelante mini-pilas de Golgi) asemejan nativas pilas de Golgi en la organización y las funciones celulares8,9,10, 11. El cociente de localización (LQ) de una proteína de prueba puede ser adquirido a través de GLIM y denota la localización sub-Golgi cuantitativa. Puede compararse con los valores numéricos de LQs y una base de datos LQ de más de 25 marcadores de Golgi ha estado disponible.

En GLIM, mini-pilas de Golgi son triple marcado por GM130 endógeno o exógeno expresado, mCherry GalT y la prueba de proteína (x). GM130 y GalT-mCherry, cis- y trans-marcadores de Golgi respectivamente12,13, proporcionar puntos de referencia. La fluorescencia triple, rojo (R), verde (G) y far-red (B), se muestran de forma artificial como rojo, verde y azul, respectivamente. Centro de masa de fluorescencia (en adelante centro) se adopta para lograr la resolución de sub-pixel. El eje de Golgi se define como el vector desde el centro de GM130 que mCherry GalT. La pila pequeña de Golgi se modela como una estructura cilíndrica con infinita simetría rotacional alrededor del eje de Golgi. Por lo tanto, una mini-pila de Golgi se puede modelar más como una estructura unidimensional en el eje de Golgi. LQ de la prueba de la proteína x se define como dx/d1, en el que dx es la distancia desde el centro de la x a la de GM130, d1 es la distancia desde el centro de GalT-mCherry de GM130. Si el centro de x fuera del eje, la distancia de proyección axial se utiliza para el cálculo. Las variables, incluyendo Golgi eje, ángulo axial, dx, d1, ángulo α y β del ángulo, GLIM se ilustran esquemáticamente en la figura 1. LQ es independiente del ángulo axial Golgi Aunque mini-pilas de Golgi se orientan aleatoriamente en una celda.

Mini-pilas de Golgi aparecen no homogéneas en imágenes. Hemos desarrollado tres criterios para seleccionar mini-pilas de Golgi analizables para GLIM. 1) el criterio de relación señal a ruido, en la que el cociente de la intensidad total de una mini-pila de Golgi a la desviación estándar (SD) del fondo es ≥ 30 en cada canal. Este criterio es asegurar la precisión del posicionamiento del centro de masa, que depende de los cocientes signal-to-noise de mini-pilas de Golgi. 2) el criterio ángulo o distancia axial, que requiere d1≥ 70 nm. d1 disminuye con el aumento del ángulo axial de Golgi. Cuando el ángulo axial se aproxima a 90 º o vertical, la mini pila llega a ser no puede resolver como d1 se acerca a 0. d1≥ 70 nm puede excluir con eficacia cerca vertical mini-pilas de Golgi. 3) el criterio de la colinealidad, en cual | tan α | o | tan β | es ≤ 0.3. Este criterio asegura que los tres centros de una pila de mini son suficientemente co-lineales para el modelo unidimensional de la pila pequeña de Golgi. Todos los microscopios ópticos sufren de aberración cromática que puede distorsionar seriamente las posiciones relativas de fluorescencia roja, verde y far-red centros. Aberración cromática de los sistemas del microscopio está calibrado experimentalmente por proyección de imagen 110 perlas de nm, que son triple marcado por fluorescencia roja, verde y far-red. Para cada imagen de grano, el centro de la red se define como la posición del talón y cromática-turnos de centros verdes y far-red están equipados de funciones polinómicas de primer orden. Centros de mini-pilas de Golgi están sujetos a las funciones polinómicas para corregir los cambios cromáticos-canales verdes y far-red.

A través de GLIM podemos alcanzar una resolución de ~ 30 nm en el eje de Golgi bajo condiciones estándar. Lo importante, proporciona un método sistemático para asignar cuantitativamente cualquier proteína de Golgi. GLIM puede realizarse por microscopios convencionales, como gran campo o microscopios confocales, con protocolos comunes de etiquetado de la fluorescencia. La proyección de imagen y procesamiento de datos pueden tomar tan cortos como una hora. A través de GLIM, hemos directamente demostrado la transición progresiva de la carga secretor de la cis- para trans-lado de la de Golgi7.

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Protocolo

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Nota: Abajo se encuentra un protocolo paso a paso de GLIM para determinar la tyrosylprotein LQ de EGFP-tagged sulfotransferasa 1 (TPST1), una enzima residente de Golgi en células HeLa.

1. preparación de Mini-pilas de Golgi marcados con fluorescencia

  1. Preparar el vidrio cubreobjetos
    1. Alícuota 0,3 mL estéril Dulbecco modificado Eagle Medium (DMEM) en un pocillo de una placa de 24 pocillos en una campana de cultivo de tejidos.
    2. Limpiar un pedazo de Φ 12 mm No.1.5 vidrio cubreobjetos utilizando papel de tejido suave aplicó con etanol al 70% para eliminar la suciedad en la superficie del cubreobjetos de vidrio. Utilice un par de pinzas afiladas brevemente tomar el cubreobjetos en etanol al 70%, transferir a la placa de 24 pocillos y hundirlo en el fondo del bien que contienen DMEM estéril.
      Nota: Cubreobjetos de vidrio se esterilizan convencionalmente por llamas. Sin embargo, cubreobjetos bajo dicho tratamiento fácilmente crack posteriormente manipulación. remojo de etanol 70% es eficaz en la esterilización de vidrio cubreobjetos sin dañarlos.
    3. Con la tapa cubierta, deje la placa de 24 pocillos en el 37 ° C CO2 incubadora hasta su uso.
  2. Células de la semilla
    1. Cultura HeLa (células de ahora en adelante) en un matraz T-25 en DMEM suplementado con 10% Fetal Bovino suero (FBS) (medio completo en adelante) en una incubadora de 37 ° C CO2 suministrada con 5% CO2. Los antibióticos no son necesarios aquí.
    2. Cuando las células llegan a ~ 80% de confluencia, aspirar el medio de cultivo. Añadir 1 mL de 0.25% tripsina-EDTA en el matraz e incubar las células en una incubadora de 37 ° C CO2 para medio completo de 2 minutos agregar 1 mL en el matraz y lavar suavemente las células de la pared del matraz mediante pipeteo.
    3. Transferir las células separadas a un tubo de centrifugación estéril y centrifugado a 500 x g durante 2 minutos para que sedimenten las células. Aspirar el sobrenadante y suspender el precipitado de células en medio completo 1 mL.
    4. Aspire el medio en el pozo de placa de 24 pocillos que contienen el cubreobjetos de cristal esterilizada y la semilla ~ 1 x 105 células en el pozo. Reponer el volumen del pozo con medio completo a 0,5 mL. Incubar en una incubadora de 37 ° C CO2 suministrada con 5% CO2. Las células de la cultura ~ 80% de confluencia.
  3. Transfectar las células
    Nota: Las células bien extendidas son ventajosas para imágenes mini-pilas de Golgi dispersadas.
    1. Transfectar ~ 80% células confluentes con 80 ng mCherry GalT7 y 320 ng TPST1-EGFP (véase Tabla de materiales) plásmidos de ADN utilizando un reactivo de transfección según el protocolo proporcionado por el fabricante. Incubar en una incubadora de 37 ° C CO2 . Cambiar el medio después de 4-6 h de incubación. Las células están listas ~ 12 h más tarde.
  4. Tratamiento nocodazole generar mini-pilas de Golgi
    1. Preparar una solución stock nocodazole (33 mM) 10 mg de polvo de nocodazole en dimetilsulfóxido 1 mL de disolución. Alícuota de la solución y almacenar a-20 ° C para almacenamiento a largo plazo.
    2. Diluir 1 μl de la solución madre nocodazole (33 mM) medio completo de 37 ° C de 1 mL (concentración final 33 μm). Centrifugar a velocidad máxima para quitar materia de partículas.
    3. Aspire el medio en el pozo y añadir 0,5 mL de 33 nocodazole μm que contiene el medio completo. Incubar las células en una incubadora de 37 ° C CO2 para 3 h. proceda a inmunofluorescencia etiquetado (sección 1.5).
  5. Inmunofluorescencia de etiquetado
    Nota: Mantenga las células en la oscuridad para evitar el fotoblanqueo de GalT-mCherry y TPST1-EGFP.
    1. Preparar los reactivos de inmunofluorescencia de etiquetado
      1. Para preparar solución de paraformaldehído al 4%, disolver el polvo de paraformaldehído al 4% (p/v) en caliente 1 X de tampón fosfato salino (PBS) y filtrar la solución con filtro de 0.45 μm. La solución puede conservarse a-20 ° C.
        PRECAUCIÓN: Paraformaldehido es tóxico y cancerígeno y puede causar irritación de la piel. Use el apropiado equipo de protección personal (EPP).
      2. Para preparar el tampón de dilución de la fluorescencia (FDB), mezcle 5% FBS (v/v) y el 2% (w/v) albúmina sérica bovina (BSA) en PBS 1 x. Filtrar la solución con filtro de 0.45 μm y la solución a-20 ° C.
      3. Disolver 5,35 g de NH4Cl en polvo en 1 L de agua para preparar 100 mM NH4Cl y la solución a temperatura ambiente.
      4. Disolver el polvo de saponina del 10% (p/v) en agua para preparar 10% saponina, alícuota y la solución a-20 ° C.
    2. Fijación
      1. Enjuague una vez bien con 0,5 mL 1 x solución de PBS y agregar solución de paraformaldehído al de 4% 0,5 mL. Incubar por 20 min a temperatura ambiente. Enjuague dos veces con PBS de 1 x 0.5 mL y dos veces con 0,5 mL 100 mM NH4cl. Enjuague bien el bien dos veces con 0,5 mL 1 x PBS. Pueden mantener las células en PBS 1 x a 4 ° C durante la noche en la oscuridad.
    3. Fluorescencia de etiquetado
      1. Diluir 1 μl ratón anti-GM130 anticuerpo primario en 500 μl FDB que contiene 0.1% la saponina. Invierta la tapa de la placa de 24 pocillos y aplicar 10 μl de anticuerpo primario mezcla sobre la tapa.
      2. Utilizar un par de pinzas afiladas para extraer y transferir el vidrio cubreobjetos sobre la gota de anticuerpo mezcla asegurándose que el lado de la célula está en contacto con la mezcla. Incubar las células con la mezcla de anticuerpo primario por 1 h a temperatura ambiente.
        Nota: La tapa con el cubreobjetos puede colocarse en una bolsa de plástico humedecida en la oscuridad.
      3. Utilizar un par de pinzas afiladas para extraer y transferir el cubreobjetos al pozo con la parte de la célula hasta y enjuague en 0,5 mL 1 x PBS tres veces ≥ 30 min agitación es innecesario.
      4. Diluir 1 μl far-red fluoróforo conjugada cabra anti-ratón IgG (anticuerpo secundario) en 500 μl FDB que contiene 0.1% la saponina.
      5. Lavar y limpiar la superficie del reverso de la tapa de la placa de 24 pocillos. Aplique 10 μl de anticuerpo secundario far-red mezcla sobre la tapa. Repita los pasos 1.5.3.2 - 1.5.3.3.
    4. Montaje
      1. Prepare el soporte de montaje mediante la mezcla de glicerol 1 g, poly(vinyl alcohol) g 2,2 (MW ~ Da 31.000), 1,2 mL 1 M Tris (pH 8) y 8,8 mL H2O. disolver la mezcla en un baño de agua de 60 ° C con Vortex de vez en cuando. La solución a-20 ° C.
      2. El medio de montaje de descongelar y transferir 10 μl sobre un portaobjetos de vidrio. Superponer el cubreobjetos (lado de la célula hacia abajo) en la gota de medio de montaje. Incube el portaobjetos de cristal en 37 ° C por 30 minutos o a temperatura ambiente durante 1 h para endurecer el medio de montaje. Sellar el cubreobjetos con esmalte de uñas incoloro y almacenar el portaobjetos de cristal a-20 ° C.

2. preparación de perlas fluorescentes para la corrección de cambio cromático

  1. Cubreobjetos de limpieza
    1. Coloque cuidadosamente un trozo de 25 mm No.1.5 cubreobjetos de cristal sobre un bastidor de plástico.
    2. Transferencia de la rejilla con el cubreobjetos un vaso de precipitados de 400 mL llena con 300 mL de 1 M NaOH y someter a ultrasonidos en un sonicador de baño (35 Watts) durante 15 minutos brevemente enjuague la rejilla en un vaso de precipitados de 400 mL se llena con 300 mL de agua desionizada. Transferencia de la bandeja un vaso de precipitados de 400 mL con etanol al de 99% 300 mL y someter a ultrasonidos en el sonicador de baño durante 15 minutos brevemente enjuague la rejilla en un vaso de precipitados de 400 mL se llena con 300 mL de agua desionizada.
    3. Repita el paso 2.1.2 dos veces más.
    4. Enjuague la rejilla con el cubreobjetos en 300 mL de agua desionizada en un vaso de precipitados de 400 mL durante 10 minutos repetir el paso dos veces más. Transferencia de la bandeja a un horno de 60 ° C y el cubreobjetos por 1 h. tienda cubreobjetos secado en una placa Petri libre de polvo en seco.
  2. Inmovilización de cuentas fluorescentes sobre el cubreobjetos de vidrio
    1. Diluir 110 nm multi color fluorescente perlas 80-fold en 1 x PBS conteniendo 0,1 μg/μl BSA. Brevemente vortex el tubo para dispersar a los agregados de grano. Extensión 60 bolas de μl diluidas en limpio Φ 25 mm No.1.5 vidrio cubreobjetos (ver sección 2.1) utilizando una pipeta. Secar el cubreobjetos en un desecador conectado a una bomba de vacío en la oscuridad y montar el cubreobjetos sobre un portaobjetos de vidrio en 50 μl de medio de montaje (ver paso 1.5.4.2).

3. adquisición de la imagen

Nota: GLIM requiere imágenes de alta relación de señal a ruido (SNR) para el cálculo del centro de masas de alta precisión. La imagen puede ser adquirida por microscopios convencionales tales como el láser de barrido confocal, microscopio confocal o campo amplio de disco giratorio. Un microscopio de campo amplio equipado con plan apocromática lentes del objetivo y un sensor de imagen de poco ruido, como un dispositivo de carga acoplada (CCD) y científico semiconductor complementario de óxido metálico (sCMOS) puede ser utilizado. Parámetros para el sensor de la imagen se ajustan para asegurar un bajo leer-ruido y alto rango dinámico. El microscopio debe estar equipado con la configuración óptima de filtros de fluorescencia verde, mCherry y fluoróforo far-red, y debe tener fluorescencia insignificante la diafonía. Idealmente, el sistema de proyección de imagen consigue una velocidad de muestreo de Nyquist en el x, eje y y z, que requiere normalmente la x, y y z tamaño de voxel a menos de 100, 100 y 200 nm, respectivamente. X e y tamaño de lo voxel siempre son igual y se denominan pixel_size. El pixel_size puede calcularse dividiendo el tamaño de sensor de cámara por la ampliación del sistema.

  1. Perlas de varios colores de imagen
    1. Abalorios de varios colores de imagen en canales verdes, rojo y far-red al principio y al final de cada sesión de imagen.
      Nota: Aquí, imágenes fueron adquiridas a través de un microscopio de epifluorescencia convencional campo amplio (invertido) equipado con 100 X NA 1.4 objetivo plan apocromática, etapa motorizada, fuente de luz de haluro de metal de 200 vatios y 16-bit sCMOS cámara. Las longitudes de onda (pasabanda) del filtro de la excitación, espejo dicroico (pase largo) y filtro de emisión (pasabanda) del cubo del filtro de canal verde son 465-495, 505 y 515-555 nm; para el cubo del filtro de canal rojo son 528-553, 565 y 578-633 nm; y los del cubo del filtro de canal far-red 590-650, 660 y 663-738 nm. Durante la adquisición, el tamaño de un voxel a lo largo de x, eje y y z es 64, 64 y 200 nm, respectivamente.
    2. Encontrar un campo de visión con la densidad del grano bueno.
    3. Adquirir pilas de imagen 3D en verdes, rojos y far-red canales (canalG, canalR, canalB, respectivamente). Tomar 3 secciones por encima y por debajo del plano focal mejor (7 secciones por grupo). Guarde las pilas en tres como tres archivos TIFF.
      Nota: El tiempo de exposición para cada canal se determina empíricamente para maximizar el rango dinámico, evitar la saturación de píxeles y minimizar el fotoblanqueo. Otros parámetros, tales como filtros y la x, y y z tamaño de voxel, son elegidos según lo discutido arriba.
  2. Imagen mini-pilas de Golgi
    1. Uso TPST1-EGFP y GalT mCherry transfectadas y fluorescencia etiquetada diapositivas (sección 1.5) para encontrar las células expresa TPST1-EGFP y un nivel medio o bajo de GalT-mCherry. Adquirir pilas de imagen 3D como se describe en el paso 3.1.3.

4. Análisis de la imagen

  1. Adquirir centros de perlas fluorescentes
    1. En ImageJ, abra un conjunto de imágenes de grano que consta de tres archivos TIFF (archivo > Imagen > abrir).
    2. Promedio de 3 secciones consecutivas alrededor de la mejor sección enfocada en el canalR imagen > pilas > Proyecto Z. Introducir el número de la sección de "Inicio slice" y "Stop" y entre las opciones de "tipo de proyección", seleccione "Intensidad media".
    3. Dibujar las regiones de interés (ROIs) que no contienen granos en la imagen con "Selecciones del polígono". En "Analyze > Set medidas", comprobar sólo "Valor medio de gris" y "Desviación estándar". Luego ejecutar "Analyze > medida" para obtener la media y del ROI.
    4. Calcular la intensidad de fondo como "media + 6 × SD". Restar la imagen con los valores correspondientes de la intensidad del fondo por "proceso > Matemáticas > restar", el valor de intensidad de fondo correspondiente a este canal.
    5. Repita los pasos 4.1.2 a 4.1.4 de canalG y canalB imagen pilas usando el mismo principio y detener la rebanada y el mismo fondo de retorno de la inversión. Tenga en cuenta que el retorno de la inversión utilizada en el paso 4.1.3 puede copiarse a canalG y canalB imágenes.
    6. Unir las tres imágenes de fondo-restar (imagen > Color > Merge canales) seleccionando canalR en rojo, canalG como verde y canalB como azul. Se obtiene una sola imagen compuesta que consta de tres canales.
    7. El administrador de ROI (Analyze > Herramientas > ROI Manager). Dibujar un ROI cuadrado alrededor solo cuentas asegurando que es sólo un grano en cada retorno de la inversión. Añadir el ROI a gerente de ROI pulsando "t" en el teclado. Repita este proceso y agregar tantos de la ROI posible.
    8. En "Analyze > Set medidas", comprobar sólo "centro de masa".
    9. Seleccione canalR, en el ROI Manager, haga clic en "Medir" para obtener centros; dos columnas correspondientes a x e y, coordenadas de centros de ROIs se mostrará en la ventana "Resultado". Copie y pegue las dos columnas en una hoja de cálculo.
    10. Repita el paso 4.1.9 para canalG yB.
    11. Arreglar las coordenadas de los centros en una sola hoja de cálculo en el siguiente orden: xR, yR,g, yG, xBe yB. Guarde la hoja de cálculo en formato ".csv" como "beads.csv". No dejar ningún espacio en el nombre del archivo.
  2. Seleccionar y medir mini-pilas de Golgi
    1. Instalar dos macros (adjunta en Materiales complementarios) en ImageJ, "Macro-Golgi ROI inspección" y "Macro-salida 3 canales de datos" por Plugins > instalar ". Claro ROI manager y ventana de resultados.
    2. Abrir un conjunto de imágenes de mini-stack de Golgi que consta de tres archivos TIFF (archivo > Imagen > abrir).
    3. Repita los pasos 4.1.2 - 4.1.5 y guardar las imágenes de fondo restan tres para su uso posterior. Registro el fondo SDs para canalR,G y canalB como SDR, SDG y SDB, respectivamente, para uso posterior.
    4. Duplicar las tres imágenes de fondo resta generadas a partir de paso 4.2.3 (Ctrl + Shift + D).
    5. En "proceso > Calculadora de imagen", primero agregue el fondo resta canalG imágenes canalR . Agregar la imagen resultante a la imagen de fondo resta canalB . A la imagen resultante, en "imagen > ajustar > umbral", seleccione "set" de entrada "1" como "Nivel umbral". Después de presionar "Aplicar", se dio lugar a una imagen binaria blanco y negro.
    6. En "Analyze > analizar las partículas", el rango de tamaño para la entrada "tamaño (pixel ^ 2)". Entrada de "50-infinito". Compruebe "Excluye los bordes" y "añadir a". ROIs que contiene mini-pilas de Golgi se agregan ahora al Gerente de ROI.
      Nota: El rango de tamaño y debe ser determinado empíricamente a excluir ruidos que son generalmente pequeños.
    7. Unir las tres imágenes de fondo-restar (imagen > Color > Merge canales) de paso 4.2.3 seleccionando canalR en rojo, canalG como verde y canalB como azul. Se genera una sola imagen compuesta que consta de tres canales.
    8. Ejecute la macro "Inspección de Macro-Golgi ROI" seleccionando "Plugins > inspección de ROI de Macro-Golgi". En el cuadro de diálogo interactivo, visualmente cada retorno de la inversión para mantener o rechazarlo. Seleccione ROIs que contienen un único objeto en los tres canales.
      Nota: Después de ejecutar esta herramienta, ROIs rechazados se eliminan desde el administrador de ROI.
    9. Ver sólo "Área", "Valor de gris medio" y "Centro de masa" "Analyze > Set medidas". Adquirir datos con el lanzamiento de la herramienta de macro "Macro-salida 3 canales de datos" (Plugins > Macro salida 3 canales de datos).
      Nota: Áreas, intensidades medias y centros (x e y) de ROIs en canalR,G y canalB se muestran en la ventana "Resultado".
    10. Copia x e y coordenadas de los centros en una hoja de cálculo y organizar en el siguiente orden: xR, yR,g, yG, xBe yB. Guarde la hoja de cálculo como un archivo ".csv" (ministacks.csv). No dejar ningún espacio en el nombre del archivo. Proceder a la corrección de cambio de cromática de los centros (sección 4.3) y el cálculo de LQ (sección 4.4).
  3. Corrección cromática-cambio de centros de
    1. Instalar Matlab Compiler Runtime (MCR).
    2. Instalar los siguientes archivos en una carpeta de trabajo dedicado: my_train.exe y my_test.exe. Copiar y pegar "beads.csv" y"ministacks.csv" archivos en la misma carpeta.
    3. Inicie "El símbolo del sistema" de Windows y vaya a la carpeta de trabajo escribiendo el siguiente comando " cd path_of_working_folder".
    4. Generar un archivo de calibración cromática cambio mediante centros de granos. Escriba el siguiente comando "my_train.exe granos.csv calibraciónMat 1". Se crea un archivo llamado"calibraciónMat" en la carpeta de trabajo. Ignorar otros archivos que se generan.
    5. Corregir el cambio cromático de centros de mini-pilas de Golgi escribiendo el siguiente comando "my_test.exe ministacks.csv corrected_ministacks.csv calibraciónMat 1".
      Nota: Se crea un archivo llamado"corrected_ministacksCSV" en la carpeta de trabajo. Contiene cambio de cromática corregidas coordenadas de los centros, que se arreglan en la orden deG, yG,B y yB. Ignorar otros archivos que se crean. Tome nota que el canal rojo se define como libre de aberración cromática y, por tanto, xR y yR son los mismos como datos sin procesar.
  4. Cálculo de LQs
    1. Lanzar el software de análisis de datos y copiar y pegar, en la por debajo de la secuencia, significa valores de gris, zonas, fondo SDs de paso 4.2.3 (colocarlos en fila 1) y cromática cambio corregido x e y coordenadas de mini-pilas de Golgi en el canalR en un hoja de cálculo de columnas A E. Asimismo, transferir datos correspondientes para canalG yB a las columnas F a J y K a O, respectivamente.
    2. Añadir ocho nuevas columnas P a W, llamado "integrada intensidad de canal I", "intensidad integrado de canal G", "intensidad integrado de canal B", d1, dx, ABS(tan a), ABS (tan b) y LQ.
      1. Haga clic derecho en la parte superior de la columna correspondiente y seleccione "Establecer los valores de la columna" para calcular los valores de cada columna. Para la columna P, de entrada "Col(A)Col(B)"; para la columna Q, entrada "Col(F)Col(G)"; para la columna R, entrada "Col(K)Col(L)"; para la columna S, entrada "pixel_size*Distance(Col(D), Col(E), Col(N), Col(O))" donde "pixel_size" es el tamaño del pixel en nm; para la columna T, entrada "pixel_size*((Distance(Col(I), Col(J), Col(N), Col(O))^2+Distance(Col(D), Col(E), Col(N), Col(O))^2-Distance(Col(D), Col(E), Col(I), Col(J))^2)/(2Distance(Col(D), Col(E), Col(N), Col(O)))"; para la columna U, la entrada "Abs(Tan(Acos((Distance(Col(I), Col(J), Col(N), Col(O))^2+Distance(Col(D), Col(E), Col(N), Col(O))^2-Distance(Col(D), Col(E), Col(I), Col(J))^2) / (2 Distance(Col(I), Col(J), Col(N), Col(O))Distance(Col(D) , Col(E), Col(N), Col(O))) "; para la columna V, entrada "Abs(Tan(Acos((Distance(Col(D), Col(E), Col(I), Col(J))^2+Distance(Col(D), Col(E), Col(N), Col(O))^2-Distance(Col(I), Col(J), Col(N), Col(O))^2) / (2 Distance(Col(D), Col(E), Col(I), Col(J))Distance(Col(D) , Col(E), Col(N), Col(O))) "; para la columna W, entrada "Col (T) / Col (S)".
    3. Filtro mini-pilas de Golgi de los tres criterios descritos en la Introducción.
      1. En el software de análisis de datos, ir a la "hoja de trabajo > consulta de hoja de cálculo" y seleccione las variables de la columna para prueba "If". Asignar los siguientes alias I1, I2, I3, d1, A y B para columnas "integrada intensidad de canal I", "intensidad integrado de canal G", "intensidad integrado de canal B", d1, ABS(tan a) y ABS (tan b), respectivamente. En el "si condición" caja, entrada "I1 > =30*cell(1,3) y I2 > =30*cell(1,8) y I3 > =30*cell(1,13) y d1 > = 70 y (A < = 0.3 o B < = 0.3)".
      2. Seleccionar "Extraer a la nueva hoja de cálculo", haga clic en "Aplicar". Columnas A-w de mini-pilas de Golgi analizables son extraídos a una nueva hoja de cálculo.
    4. En la hoja de cálculo nueva, haga clic derecho la parte superior de la columna W, seleccione "estadísticas de columna > diálogo abierto". Verificación "N total", "Media", "SE de media", "Histogramas". Luego se muestra el análisis estadístico de LQs.

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Resultados

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El microscopio óptico de grado investigación moderna equipado con una lente apocromática de plan, como el utilizado en nuestro laboratorio, muestra mínima aberración cromática (figura 2A). Sin embargo, un examen cuidadoso de la imagen del grano fluorescente varios colores puede revelar el cambio de imágenes de diferente color del grano mismo (figura 2B). Definimos que el canal rojo está libre de ...

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Discusión

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Previamente, la localización de una proteína de Golgi en la microscopía se cuantificó principalmente por el grado de correlación o superposición de la imagen de la proteína con la imagen de un marcador de Golgi de localización conocidos15,16, 17. La correlación resultante o superposición coeficiente refleja cómo está cercano la proteína prueba es el marcador de Golgi espacial. Hay al menos tres advertencias para este enfoque. E...

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Divulgaciones

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Los autores declaran que no tienen intereses financieros que compiten.

Agradecimientos

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Nos gustaría agradecer a D. Stephens (Universidad de Bristol, Bristol, Reino Unido) por el plásmido de ADN TPST1-EGFP, como Lakshmi Narasimhan Govindarajan para ayudar con la optimización de software. Este trabajo fue financiado por becas del Consejo Nacional de investigación médica (NMRC/CBRG/007/2012), Ministerio de Educación (AcRF Tier1 RG 18/11, RG 48/13 y RG132/15 y AcRF Tier2 MOE2015-T2-2-073) a L.L.

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Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo
NombreEmpresaNúmero de catálogoComentarios
Cuentas de fluorescencia. Nombre comercial: cuentas TetraSpeckInvitrogenT7279Como perlas multicolor para calibrar el desplazamiento cromático del microscopio
Cubierta de vidrio y Phi; 12 mm (N.º 1.5)MenzelCB00120RAC
Cubierta de vidrio y Phi; 25 mm (Nº 1.5)Menzel
DMEMCapriconDMEM-HPA-P50
Tripsina-EDTA
FBSGE HycloneSV30160.03
NocodazolMerck487928
reactivo de transfección. Nombre comercial: Lipofectamina 2000Invitrogen11668-019
medio para transfección. Nombre comercial: OptiMEMInvitrogen31985070
TPST1-EGFPAddgene66617Un regalo de D. Stephens (Universidad de Bristol, Bristol, Reino Unido)
GalT-mCherryHecho en nuestro laboratorio
paraformaldehídoMerck1.04005.1000
SaponinaSigma-Aldrich47036
poliéster (alcohol vinílico) (MW ~31.000). Nombre comercial: Mowiol-488CALBIOQUÍMICA475904
BSASigma-AldrichA9647
Mouse anti-GM130BD Biociencias610823Anticuerpo primario para la GM130 humana
IgG anti-ratón conjugado de cabra con fluorescencia de rojo lejano. Nombre comercial: Alexa Fluor 647 anti-ratón anti-ratón conjugadoInvitrogenA-21235Anticuerpo secundario conjugado con fluorescencia rojo lejano

Referencias

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  1. Glick, B. S., Luini, A. Models for Golgi traffic: a critical assessment. Cold Spring Harb Perspect Biol. 3 (11), 005215(2011).
  2. Klumperman, J. Architecture of the mammalian Golgi. Cold Spring Harb Perspect Biol. 3 (7), (2011).
  3. Lu, L., Hong, W. From endosomes to the trans-Golgi network. Semin Cell Dev Biol. , (2014).
  4. De Matteis, M. A., Luini, A. Exiting the Golgi complex. Nat Rev Mol Cell Biol. 9 (4), 273-284 (2008).
  5. Lu, L., Ladinsky, M. S., Kirchhausen, T. Cisternal organization of the endoplasmic reticulum during mitosis. Mol Biol Cell. 20 (15), 3471-3480 (2009).
  6. Schermelleh, L., Heintzmann, R., Leonhardt, H. A guide to super-resolution fluorescence microscopy. J Cell Biol. 190 (2), 165-175 (2010).
  7. Tie, H. C., et al. A novel imaging method for quantitative Golgi localization reveals differential intra-Golgi trafficking of secretory cargoes. Mol Biol Cell. 27 (5), 848-861 (2016).
  8. Trucco, A., et al. Secretory traffic triggers the formation of tubular continuities across Golgi sub-compartments. Nat Cell Biol. 6 (11), 1071-1081 (2004).
  9. Cole, N. B., Sciaky, N., Marotta, A., Song, J., Lippincott-Schwartz, J. Golgi dispersal during microtubule disruption: regeneration of Golgi stacks at peripheral endoplasmic reticulum exit sites. Mol Biol Cell. 7 (4), 631-650 (1996).
  10. Rogalski, A. A., Bergmann, J. E., Singer, S. J. Effect of microtubule assembly status on the intracellular processing and surface expression of an integral protein of the plasma membrane. J Cell Biol. 99 (3), 1101-1109 (1984).
  11. Van De Moortele, S., Picart, R., Tixier-Vidal, A., Tougard, C. Nocodazole and taxol affect subcellular compartments but not secretory activity of GH3B6 prolactin cells. Eur J Cell Biol. 60 (2), 217-227 (1993).
  12. Nakamura, N., et al. Characterization of a cis-Golgi matrix protein, GM130. J Cell Biol. 131, 6 Pt 2 1715-1726 (1995).
  13. Roth, J., Berger, E. G. Immunocytochemical localization of galactosyltransferase in HeLa cells: codistribution with thiamine pyrophosphatase in trans-Golgi cisternae. J Cell Biol. 93 (1), 223-229 (1982).
  14. Baeuerle, P. A., Huttner, W. B. Tyrosine sulfation is a trans-Golgi-specific protein modification. J Cell Biol. 105 (6), Pt 1 2655-2664 (1987).
  15. Honda, A., Al-Awar, O. S., Hay, J. C., Donaldson, J. G. Targeting of Arf-1 to the early Golgi by membrin, an ER-Golgi SNARE. J Cell Biol. 168 (7), 1039-1051 (2005).
  16. Lavieu, G., Zheng, H., Rothman, J. E. Stapled Golgi cisternae remain in place as cargo passes through the stack. Elife. 2, 00558(2013).
  17. Zhao, X., Lasell, T. K., Melancon, P. Localization of large ADP-ribosylation factor-guanine nucleotide exchange factors to different Golgi compartments: evidence for distinct functions in protein traffic. Mol Biol Cell. 13 (1), 119-133 (2002).
  18. Dejgaard, S. Y., Murshid, A., Dee, K. M., Presley, J. F. Confocal microscopy-based linescan methodologies for intra-Golgi localization of proteins. J Histochem Cytochem. 55 (7), 709-719 (2007).
  19. Fourriere, L., Divoux, S., Roceri, M., Perez, F., Boncompain, G. Microtubule-independent secretion requires functional maturation of Golgi elements. J Cell Sci. 129 (17), 3238-3250 (2016).
  20. Volchuk, A., et al. Countercurrent distribution of two distinct SNARE complexes mediating transport within the Golgi stack. Mol Biol Cell. 15 (4), 1506-1518 (2004).
  21. Popoff, V., Adolf, F., Brugger, B., Wieland, F. COPI budding within the Golgi stack. Cold Spring Harb Perspect Biol. 3 (11), 005231(2011).

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