RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
he_IL
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
אנו מתארים מערך ניסיוני להמחשה עם היווצרות וסגירה חסרת תקדים של פגוזומים ברזולוציה גבוהה בתלת מימד במקרופאגים חיים, באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי של השתקפות פנימית כוללת. הוא מאפשר ניטור של בסיס הכוס הפגוציטית, הפסאודופודים המתרחבים, כמו גם המיקום המדויק של החתך הפגוזומי.
פגוציטוזיס הוא מנגנון המשמש תאים מתמחים להפנמה ולסילוק מיקרואורגניזמים או פסולת תאית. הוא מסתמך על סידורים מחדש עמוקים של השלד הציטולוגי של האקטין שהוא הכוח המניע להרחבת קרום הפלזמה סביב החלקיק. בנוסף, בליעה יעילה של חומר גדול מסתמכת על אקסוציטוזיס מוקדי של תאים תוך-תאיים. תהליך זה הוא דינמי ביותר ותוארו שחקנים מולקולריים רבים כבעלי תפקיד במהלך היווצרות פגוציטית. עם זאת, הוויסות המדויק בזמן ובמרחב של כל המולקולות הללו נותר חמקמק. בנוסף, השלב האחרון של סגירת הפגוזום היה קשה מאוד לצפייה מכיוון שעיכוב על ידי הפרעות RNA או מוטציות שליליות דומיננטיות מביא לעתים קרובות להיווצרות פגוציטית עצירה.
הקמנו גישה ניסויית ייעודית המשתמשת במיקרוסקופ פלואורסצנטי של השתקפות פנימית כוללת (TIRFM) בשילוב עם אפיפלואורסצנציה כדי לנטר צעד אחר צעד את התפשטות הפסאודופודים וקצותיהם בפגוזום הגדל סביב חלקיק הקשור באופן רופף לכיסוי. שיטה זו מאפשרת לנו להתבונן, ברזולוציה גבוהה, בקצות הפסאודופודים ובהיתוך שלהם במהלך סגירת הפגוזום בתאים חיים עבור שני חלבונים שונים המתויגים פלואורסצנטית בו זמנית.
Phagocytosis היא פונקצית תאים עיקרית שמתחילה עם ההכרה ומחייבת של חומר על פני שטח קולטנים, אשר לאחר מכן מוביל ההפנמה השפל של חומר הבליעה. בעוד אאוקריוטים חד תאיים כגון discoideum Dictyostelium עובש אמבות להשתמש phagocytosis האכלה על חיידקים, יצורים עילאיים התפתחו עם תאים מקצועיים. המקרופאגים או תאים דנדריטים הם קו ההגנה הראשון נגד פתוגנים שונים רקמות ואיברים, והם חיוניים להפעיל את המערכת החיסונית אדפטיבית דרך הייצור מצגת אנטיגן ציטוקינים 1-4. בנסיבות מסוימות phagocytosis יכולה להתבצע על ידי תאי phagocytic הלא מקצועיים, למשל, אנדותל ותאי אפיתל. תהליך זה חשוב לשמור על הומאוסטזיס במהלך פיתוח בבגרות עבור מחזור שיפוץ רקמות בריאות. לבסוף, פגוציטים מיוחדים כגון תאי Sertoli ב testis או ברשתיתתאי אפיתל הפיגמנט הם פגוציטים חזקים מאוד 5.
היווצרות של phagosome שבו השפלה של מיקרואורגניזמים או פסולת הסלולר מתרחשת מתחיל עם אשכולות של קולטנים phagocytic על פני השטח של התא phagocytic. אירועים Downstream איתות הבאים אשכולות של קולטנים opsonic כגון קולטנים Fc (FCR) או קולטני משלימים (CRS) כבר מאופיין היטב. עם זאת, ישנם גם רבים קולטנים שאינם opsonic כולל קולטנים דמוי אגרה (TLRs), לקטינים, קולטנים מנוז ואת הקולטנים נבלות. קולטנים אלה מכירים הקובעים על פני החלקיקים כגון שאריות מנוז או פוקוז, phosphatidylserine, ו lipopolysaccharides 1,6-9.
פתוגן או תא פסול הכרה כרוכה קשירה באשכולות של כמה סוגים של קולטן phagocytic, אשר לאחר מכן להוביל שיפוץ יקטין אינטנסיבי וחולף. בשנת exocytosis במקביל, המוקד של תאיים תאייםts תורמת לשחרור מתח הממברנה חשוב phagocytosis יעיל של חלקיקים גדולים. אירועי האיתות המובילים דפורמציה פילמור הקרום תקטין נותחו במודלים ניסיוניים שהפעילו קולטן phagocytic יחיד. במהלך phagocytosis FCR בתיווך, יש פילמור אקטין אינטנסיבי כי מוסדרת GTPases קטן (RAC, Cdc42). בין effectors הזרם שלהם, חלבון התסמונת ויסקוט-אולדריץ '(WASP) מוביל ההפעלה של החלבון-קשור יקטין 2/3 מורכבים (Arp2 / 3) כי nucleates סיבי יקטין 1,2,4,10. הייצור המקומי של phosphatidylinositol-4, 5-bisphosphate (PI (4,5) P 2) הוא חיוני עבור פילמור אקטין הראשוני שמניע היווצרות מדומות. המרה PI (3,4,5) P 3 נדרשה להארכת מדומות ו phagosome סגר 11. מסלולים כמה לתרום היעלמות PI (4,5) P 2. ניתוק הראשי של קינת פוספט phosphatidylinositolSES (PIPKIs) מן PI מעצרים phagosome (4,5) P 2 סינתזה. שנית, זה יכול להיות פוספורילציה ויאכל על פי מעמד ואני PI3K קינאזות (PI3K) והמיר ב PI (3,4,5) P 3 12. תפקיד phosphatases ו phospholipases גם כבר גלום במסחר PI (4,5) הידרוליזה P 2 והסרת F- יקטין במהלך phagocytosis בתאי יונקים וב Dictyostelium 13,14. ה- C פוספוליפאז (PLC) δ hydrolyzes PI (4,5) P 2 לתוך diacylglycerol ופוספט טריס 1,4,5--אינוזיטול. לצרכן (4,5) P 2 ו PI (3,4,5) OCRL phosphatase P 3 (תסמונת oculocerebrorenal של Lowe) גם היה מעורב היווצרות phagosome. היווצרות מקומית מדויקת של F-תקטין depolymerization החברה מוסדרת היטב במרחב ובזמן ואנחנו הראינו גיוס של תאים תאיים חשוב לספק מקומי phosphatase OCRL, ובכך לתרום depolymerization יקטין המקומי בבסיס כוס phagocytic שחקני המנגנון ומולקולריים הנדרשים לסגירת phagosome ו scission הקרום להישאר מוגדרים היטב בגלל קשיי הדמית ניטור באתר של סגירת phagosome. עד לאחרונה, phagocytosis נצפתה על תאים קבוע או לחיות להפנים חלקיקים על פני הגב שלהם או על צדם, מה שהופך את ויזואליזציה בזמן של האתר של סגירת phagosome קשה. בנוסף, שיטות קיבוע יכולות לגרום הכחשה של ממברנות להטות את התוצאות על רחבת pseudopodia וסגירה. לעומת זאת, assay כי הקמנו ולתאר כאן מאפשר לנו לדמיין רחבה מדומות וצעד סגירת phagocytosis בתאים חיים 13, המבוסס על מיקרוסקופיה החזרה הגמורה (TIRFM) 16. טכניקה אופטית זו משתמשת גל חולף לרגש fluorophores באזור דק על הממשק בין שקוף כךהמכסה (coverslip) ו- (תרבית תאים בינוניים) נוזלי. העובי של עומק העירור הוא סביב 100 ננומטר מן המשטח המוצק, המאפשר הדמיה של אירועים מולקולריים קרובים קרום הפלזמה. TIRFM מאפשר יחס אות רקע גבוה, ומגביל את הקרינה מחוץ פוקוס שנאספו ואת cytotoxicity בשל התאורה של תאים. ניצול של TIRFM, פיתחנו את "assay סגירת phagosome" שבה coverslips מופעלים עם ליזין פולי ומצופה אז עם כדוריות דם אדומות-opsonized IgG (IgG-SRBCs). המקרופאגים להביע חלבונים מתויגים fluorescently הזמני של עניין מותרים אז לבלוע את IgG-SRBCs. בעוד תאים לנתק את חלקיקי היעד המאוגדים הלא קוולנטית אל משטח זכוכית, קצות pseudopods ניתן להבחין והקליט במצב TIRF. רכישות TIRF משולבים עם רכישות במצב epifluorescence, לאחר העברת מיקרומטר בשלב 3 לעיל, המאפשר מולualization של בסיס ספל phagocytic. תוספת של תרופות תרופתיות כגון אלה עיכוב תקטין או dynamin במהלך התהליך אפשרית גם לנתח עוד את התהליך ברמה המולקולרית. הפרוטוקול המתואר בפירוט כאן הוא עבור קו תא מקרופאג murine RAW264.7 וחלקיקי opsonized, אבל כמעט, זה יכול להיות מותאם לכל תא phagocytic אחר ועם מטרות אחרות כגון חרוזים. שיטה זו תאפשר אפיון טוב יותר של הרגולציה בזמן ובמרחב של השחקנים המולקולריים המעורבים רחבים מדומות וסגירת phagosome במהלך תהליכי phagocytic שונים.
הערה: פלסמיד המשמש Lifeact-mCherry הוא מתנה סוג של ד"ר גיום Montagnac, Institut קירי, פריז, שנוצר לאחר 17.
1. תאים Transfection
הערה: מקרופאגים RAW264.7 גדלים כדי confluency משנה בינוני שלם (RPMI (מכון ממוריאל פארק Roswell) בינוני 1640, 10 HEPES מ"מ, פירובט סודיום 1 מ"מ, 50 מיקרומטר β-mercaptoethanol, 2 מ"מ L- גלוטמין ו -10% FCS ( סרום עגל עוברי)) בצלחת 100 מ"מימ. הם טרנספקציה עם פלסמידים קידוד החלבונים המתויגים fluorescently ידי electroporation. באופן שגרתי כ 5 - 6 x 10 6 תאים הם transfected עם 20 מיקרוגרם או 10 מיקרוגרם של פלסמיד לכל transfection או-transfection שיתוף בהתאמה. שימו לב אמצעים אחרים של transfection מבוססים על electroporation או lipofection יכולים לשמש גישות חלופיות.
2. Opsonization של תאי דם אדומים
הערה: כמודל של יעד חלקיקים עבור מקרופאגים, תאי דם אדום כבשים (SRBCs) משמשים. בדרך כלל, בסביבות 7 x 10 6 SRBCs לכל 35 מ"מ צלחת זכוכית תחתונה משמש.
ציפוי של Coverslips 3. פולי-ליזין
4. קיבוע ללא קוולנטי של SRBCs על מנות תחתיות זכוכית
5. Phagocytosis דמיינו ידי TIRFM
מערכת הניסוי המתוארת בכתב היד הזה מיוצג סכמטי באיור 1. מקרופאגים טרנספקציה RAW264.7 להביע את החלבונים של עניין התמזג תג פלורסנט ממוקמים במגע עם תאי דם אדום כבשים-opsonized IgG (SRBCs) שהיו בלתי קוולנטית קבוע על coverslip. המקרופאגים יכול לנתק את SRBC מן coverslip לבלוע אותו. המיקרוסקופ TIRF בשימוש מאפשר רכישה קשורה של אותות מאזור TIRF מתאימים קצות pseudopods האותות במצב epifluorescence לאחר משמרת Z 3 מיקרומטר לעיל.
זה חיוני כדי לקבוע את הזווית הקריטית עבור קרינת השתקפות פנימית מוחלטת כמתואר באיור 2. זה מבטיח אות TIRF נקיה מאזור 100 ננומטר מתחת קרום הפלזמה. איור 3 מייצג את הפיתוח של acquisitiעל פרמטרים באמצעות מודול שנקרא "עורך פרוטוקול" כלולה בתוכנת רכישת Live. מודול זה מאפשר למשתמשים ליצור ולנהל תהליכי עבודה לפני שהם נשלחים המיקרוסקופ, אשר יבצעו את התהליך. בסוף הרכישה, המשתמש אוסף זרם TIFF.
איור 4 מראה, סרט נציג לחיות תאים TIRFM של "assay סגירת phagosome" מקרופאגים RAW264.7 טרנספקציה עם פלסמיד (למשל, Lifeact-mCherry, מתנה סוג של ד"ר גיום Montagnac, Institut קירי, פריז, שנוצר לאחר 17) כדי לעקוב אחר פילמור אקטין. המקרופאגים פלסמיד המבטא זמני הורשו לבלוע IgG-SRBCs חייב coverslip. כמו קצות pseudopods היו apposed coverslip הזכוכית סביב אחד SRBC, טבעת F- אקטין זוהה באזור TIRF (הפאנל העליון) כי הצטמצם בהדרגה עד שנסגרה. במקביל, F- אקטין מטושטשתאות זוהה על ידי epifluorescence לאחר הסטת הבמה 3 מיקרומטר מעל (פנל תחתון) תואם depolymerization בבסיס כוס phagocytic. לאחר 3 דקות של הרכישה SRBC הופנמה לחלוטין, כפי שאושרו עם אור מסור (פאנל מימין).
לכן, שיטה זו יכולה לשמש כדי להבחין בין האירועים המולקולריים כראוי המתרחשים בקצות מאוד של pseudopods ואת האירועים המולקולריים המתרחשים בבסיס הכוס phagocytic.

באיור 1. ייצוג סכמטי של "Assay סגירת Phagosome" ונותחו על ידי TIRFM. את assay סגירת phagosome מתבצע באמצעות מקרופאגים זמני להביע fluorescently אחד או שניים-חלבון מתויג. המקרופאגים מופקדים על IgG-opsonized SRBCs קבוע שאינו קוולנטית על בסיס אבן פולי-ליזיןטד coverslips. תמונות נרשמות במצב TIRF כדי לזהות את האתר של סגירת phagosome ונמצאים במצב epifluorescence לזהות את בסיס ספל phagocytic. אנא לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 2: קביעת הזווית הקריטית עבור TIRFM. (א) שימוש "רכישה חייה", תא להביע חלבונים מתויגים fluorescently ממוקם באמצע השדה (אזור 1 באדום). עם אפשרות TIRF סטאק, תמונות נרכשו באורך גל עירור אחד, עם זוויות שונות החל מ 0 ° עד 5 מעלות, עם תוספת של 0.01 ° (אזור 2 באדום). (ב) רצף של תמונות נפתחת באמצעות ImageJ תוכנת Profiler צבע ואת עוצמת הקרינה הממוצעת של aregion של עניין (ROI) הוא זמם עם פונקציה של זוויות על ציר x באמצעות "סטאקס" ו "PlotZ ציר פרופיל" (אזור 1 באדום). (ג) עמדת x של השיא של הקרינה על המגרש מתאים הזווית הקריטית: 1.98 ° (קו מקווקו שחור). ניתן להשתמש בכל ערך לאחר זווית זו. כדוגמא, 2.00 ° יכול להיבחר (קו אדום). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

תהליך איור 3. זרימת עבודה באמצעות מודול רכישה חי: "עורך פרוטוקול". (א) בחלון "עורך הפרוטוקול", בד עבודה נוצר. (ב) פרוטוקול זה מהווה "לולאה" של פעולות המיקרוסקופ יחזור על מספר הפעמים החליטעל ידי המשתמש. כדוגמא: 750 (1). לולאה אחת כללה: רכישה "ערוצים רבים" עם עירור ליזר של חלבוני ניאון עניין במצב TIRF. כדוגמה: עוצמת ננומטר 491 לייזר 50% -TIRF זווית 2.00 (2); "מהלך Z" של המטרה 3 מיקרומטר (3); "ערוצים רבים" רכישה במצב epifluorescence (4); "מהלך Z" של המטרה בחזרה לאזור TIRF (5) וכן "צילום" אור המועבר (6). נא ללחוץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

איור 4. יקטין F נצבר כנקודה באתר Phagosome סגירת המעגל. Phagosome assay הסגר בוצעה באמצעות מקרופאגים RAW264.7 זמניים להביע פלסמיד Lifeact-mCherry (מתנת סוג של ד"ר גיום מוntagnac, Institut קירי, פריז, שנוצר לאחר 17). האות פלסמיד נרכשה באזור TIRF (למעלה) במצב epifluorescence (למטה). ראש החץ האדום מצביע על הצטברות אקטין באזור TIRF. תמונת אור המועבר ב -3 דקות מוצגת, מה שמעיד על SRBC הפנים. סרגל קנה מידה, 10 מיקרומטר. לחץ כאן כדי לצפות בגרסה גדולה יותר של דמות זו.

סרט 1: F- אקטין הוא שנצברו טיפים של Pseudopods ובאתר של סגירת Phagosome, בזמן שהוא מנוקה מבסיס בגביע Phagocytic assay סגירת Phagosome בוצעה באמצעות מקרופאגים RAW264.7 להביע פלסמיד זמני.. הדמיה פלסמיד בתחום TIRF (למעלה) במצב epifluorescence (למטה) באמצעות TIRFM בוצעה חלופיly כל 50 מילי-שניות במהלך 3 דקות ב 37 מעלות צלזיוס. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון זה.
למחברים אין מה לחשוף.
אנו מתארים מערך ניסיוני להמחשה עם היווצרות וסגירה חסרת תקדים של פגוזומים ברזולוציה גבוהה בתלת מימד במקרופאגים חיים, באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי של השתקפות פנימית כוללת. הוא מאפשר ניטור של בסיס הכוס הפגוציטית, הפסאודופודים המתרחבים, כמו גם המיקום המדויק של החתך הפגוזומי.
אנו מודים לד"ר אלכסנדר בן מרה (Institut Imagine Necker, פריז, צרפת) על הדיונים הראשוניים על הגישה הניסויית ולד"ר ג'מיל ג'וברייל על קריאת כתב היד. נדז' קמבו וסוזנה בורייל זכו להכרה על ביצוע ניסויים בשיטה במעבדה שלנו. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים מ-CNRS (תוכנית ATIP), Ville de Paris ו-Agence Nationale de la Recherche (2011 BSV3 025 02), Fondation pour la Recherche Médicale (FRM INE20041102865, FRM DEQ20130326518 כולל מלגת דוקטורט ל-FMA) ל-FN, והסוכנות הלאומית למחקר של SIDA et les hépatites virales" (ANRS) כולל מלגת דוקטורט ל-JM.
| תאי דם אדומים נגד כבשים IgG | MP Biomedicals | 55806 | |
| סרום בקר אלבומין מקטע הלם חום, pH 7, ≥ 98% | Sigma | A7906 | |
| מרים תאים | Corning | 3008 | |
| Cuvettes 4 מ"מ | פרויקט תאים | EP104 | |
| DPBS, ללא סידן, ללא מגנזיום | Thermo Fischer Scientific | 14190-094 | ערכת אלקטרו-מאגרבטמפרטורת החדר |
| פרויקט תאים | EB110 | ||
| 100 מ"מ TC-Assisted Cell Culture | Corning | 353003 | |
| Gene X-cell pulser | Biorad | 165-2661 | |
| תמיסת Gentamicin | Sigma | G1397 | |
| כלי תחתית זכוכית 35 מ"מ לא מצופה 1.5 | תאגיד MatTek | P35G-1.5-14-C מארז | |
| iMIC | TILL Photonics | מטרת טבילה בשמן (N 100X, NA1.49), תא חימום עם CO2, מצלמה לזיהוי פוטון יחיד EMCCD (אלקטרון מכשיר מצמד מטען כפול) ועדשת 1.5X | |
| תמיסת פולי-L-ליזין 0.1% | סיגמא | P8920-100 מ"ל | דילול ב-0.01% במים |
| RPMI 1640 בינוני GLUTAMAX Supplement | Life technologies | 61870-010 | |
| RPMI 1640 בינוני, ללא פנול אדום (10 x 500 מ"ל) | Life technologies | 11835-105 | חם ב-37 מעלות; אמבט מים C לפני השימוש |
| תאי דם אדומים של כבשים (SRBCs) | Eurobio | DSGMTN00-0Q | נשמר במאגר אלסבר ב-4 מעלות; ג לפני השימוש |