כאן, אנו מציגים הדמיה תא חי שהיא שיטת מיקרוסקופ לא רעיל המאפשר לחוקרים ללמוד התנהגות החלבון הדינמיקה הגרעינית בתוך חי ביקוע תאים שמרים במהלך מיטוזיס ו meiosis.
מאמר שיטה
כאן, אנו מציגים הדמיה תא חי שהיא שיטת מיקרוסקופ לא רעיל המאפשר לחוקרים ללמוד התנהגות החלבון הדינמיקה הגרעינית בתוך חי ביקוע תאים שמרים במהלך מיטוזיס ו meiosis.
הדמיה של תא חי היא טכניקה מיקרוסקופית המשמשת לבדיקת הדינמיקה של תאים וחלבונים בתאי החיים. שיטת דימות זו אינה רעילה, בדרך כלל אינה מפריעה לפיזיולוגיה של התאים, ודורשת טיפול ניסיוני מינימלי. רמות נמוכות של הפרעות טכניות לאפשר לחוקרים לחקור את התאים על פני מחזורים מרובים של מיטוזה ו להתבונן מיוזה מתחילתו ועד סופו. באמצעות תגי פלורסנט כגון חלבון פלורסנט ירוק (GFP) וחלבון פלורסנט אדום (RFP), החוקרים יכולים לנתח גורמים שונים שתפקידם חשוב עבור תהליכים כמו תמלול, שכפול דנ א, לכידות, והפרדה. ביחד עם ניתוח נתונים באמצעות פיג'י (גרסה חופשית, ממוטבת של התמונה), הדמיה של תא חי מציעה דרכים שונות להערכת התנועה חלבון, לוקליזציה, יציבות, תזמון, כמו גם דינמיקה גרעינית והפרדה כרומוזום. עם זאת, כמו במקרה של שיטות מיקרוסקופ אחרות, הדמיה של תא חי מוגבלת על ידי המאפיינים הפנימיים של אור, אשר לשים מגבלה על כוח הרזולוציה בעלי הרמה גבוהה, והוא גם רגיש לפוטוהלבנה או רעילות באורך הגל הגבוה תדרים. עם זאת, בטיפול מסוים, החוקרים יכולים לעקוף את המגבלות הפיזיות הללו על ידי בחירה קפדנית של התנאים הנכונים, זנים, סמנים פלורסנט כדי לאפשר הדמיה מתאימה של אירועים mitotic ו-meiotic.
מיקרוסקופ תא חי מאפשר לחוקרים לבחון את הדינמיקה הגרעינית מבלי להרוג תאי שמרים ביקוע ומבטל את הצורך בתיקונים וכתמים קטלניים. ניתן לראות את היציבות, תנועה, לוקליזציה, והעיתוי של חלבונים מתויגים fluorescently כי הם מעורבים באירועים חשובים כגון שכפול כרומוזום, שילוב מחדש, והפרדה, בנוסף קרום והשלד ציטוזה תנועות. על ידי שמירה על הכדאיות התאית וזיהוי אותות שאינם רעילים, ישנה חדירה פיזיולוגית מינימלית. כאשר מבוצע כראוי, שיטה זו מיקרוסקופית יכולה להפחית את ההשפעות ההמייסדות שעולות מהטיפול הטכני המורחב או מפעילות מחודשת כימית מלאכותי. יתר על כן, במהלך הניסוי, החוקרים יכולים לעשות תצפיות מסוימות של מצבי הלחץ והמתח שמרים ביקוע, יעילות ההתרבות, ומצב האפוטוטיק המציינות פרמטרים לא הולמים הדמיה או פיזיולוגיה תא נורמלי1 ,2,3.
מיטוזיס ומיוזיס מאופיינים בחלוקה גרעינית ותאית. ב מיוזיס, בניגוד מיטוזיס, התוכן הגנטי הוא הסתפק בתאי ההורה להצמיח תאים הבת4. מכיוון שדימות תאים חיים מספק ממד זמני בנוסף לקשר המרחבי, ניתן לבחון מספר גדול של תאים בזמן אמת. מיקרוסקופ תא חי איפשר לחוקרים לבחון את הדינמיקה של החטיבה הגרעינית באמצעות תגי פלורסנט עבור יסטוניים5, cohesin חלבוניות6, microtubules7, צנטוממרים8, קינטומטלות9, מרכיבים של הגוף מוט הציר (SPB)10, ואלה של קומפלקס הנוסעים כרומוזום (cpc)11. מחוץ למנגנון ההפרדה של כרומוזום, הדמיה תא חי גם לכדו את ההתנהגות של חלבונים הנחוצים, אבל לא מעורב ישירות בהפרדה כרומוזום. הפונקציה של חלבונים אלה הוכח להשפיע על השכפול, כרומוזום שילוב מחדש, תנועה גרעינית, וכרומוזום מצורף ל microtubules12,13,14. תצפיות אלה תרמו להבנה טובה יותר של אירועים סלולאריים שהרכיבים הפונקציונליים שלהם לא היו מתכלים לבחינה ביוכימית או גנטית. עם ההתקדמות החדשה בטכנולוגיה מיקרוסקופית, מגבלות כגון ברזולוציה ירודה, הלבנת, פוטורעילות, ויציבות מיקוד יהיה להפחית, ובכך להקל על תצפיות בזמן אמת טוב יותר של mitotic ודינמיקה גרעינית מיוטית1, 2,3. Meiosis מאתגרת במיוחד כפי שהוא מסלול בידול מסוף שדורש תשומת לב מקרוב לתזמון.
המטרה של פרוטוקול זה היא להציג שיטה פשוטה יחסית לבחינת הדינמיקה הגרעינית בזמן אמת ביקוע הגרעיני מיטוזיס ו meiosis. כדי להשיג זאת, יש צורך להשתמש בתאים שלא נחשפו למתח סביבתי, להכין רפידות agarose שיכולות לעמוד בהדמיה ממושכת, וכן לטעון תאים בצפיפויות המאפשרים הדמיה של דינמיקה תא בודד. יתר על כן, פרוטוקול זה עושה שימוש בתאים הנושאים חלבונים מתויגים fluorescently המשמשים כסמנים שימושיים עבור קינטיקה גרעינית (Hht1-mRFP או Hht1-GFP), הפרדה כרומוזום (Sad1-DsRed), הדינמיקה של השלד (Atb2-mRFP), ההמרה הפעלה ב-G1/S (Tos4-gfp), ויציבות הלכידות ב-מיוזה (Rec8-gfp). שיטה זו גם מציגה סמנים גרעיניים ו ציטוסולג נוספים (טבלה I) כי ניתן להשתמש בצירופים שונים כדי לטפל בשאלות על תהליכים סלולריים ספציפיים. יתר על כן, כלי פיג'י בסיסיים מוצעים כדי לסייע לחוקרים לעבד תמונות בתאים לחיות ולנתח סוגים שונים של נתונים. כוחה של גישה זו נובע משימוש בתצפיות בזמן אמת של דינמיקת חלבון, עיתוי ויציבות לתיאור תהליכים הנמצאים בלתי-מתאימים לביצוע הראוי של מיטוזיס ומיוזיס.
1. הכנת מדיה15,16
2. ביקוע תרבות שמרים15,16
3. הכנה לדוגמא2
4. הדמיה של תא בשידור חי2 ועיבוד
5. הדפוס הניתוח20,21
הערה: ניתוח תמונה בפרוטוקול זה מבוצע באמצעות פיג'י. לתוכניות ניתוח אחרות ולתוספים של פיג'י ראו טבלת חומרים.
אם הדמיה של תא חי משמש עבור מיטוזה או meiosis, זה חיוני להעסיק תאים בריאים שמרים ביקוע לפני ביצוע כל סוג של התבוננות. איכות הנתונים הנובעים מתבססת במידה רבה על חומר ההתחלה. אם התאים גוועים ברעב עקב הגבלה מזינים או צמיחת יתר, הם יראו לוחללים עודפים וגודל תא ירד (רעב, איור 2A). לניסויים מיטוזיס, מומלץ להימנע משימוש בתאים הראו מתח הסלולר (רעב, איור 2A). אחרת, התוצאות הנסיוניות לא יהיו עקביות ומיושוות. כדי לעקוף מגבלה זו, בחר בקרות מסוג פראי ולהכיר את פנוטיפים השונים של המוטציות המעניינים. לדוגמה, תאים mitotic מורעבים ל -12 שעות לחדול באופן פעיל לשכפל DNA. מאז Tos4-gfp הביטוי משויך ל-G1/S-שלב פעילות22,23, תאים לוגרימיים הנושאים סמן זה ואחד עבור החטיבה הגרעינית (Sad1-dsred10) להראות הפאן-גרעיני Tos4-gfp ביטוי, Sad1-dsred וקדי הפרדה, ומתמשך המחיצה (מציע שכפול DNA פעיל חלוקת תאים) (יומן, איור 2A), בעוד תאים מורעבים לא להראות פעילות כזאת (רעב, איור 2a). תוצאה זו עקבית עם ההשפעות של הגבלת ההזנה בתוך שמרים ביקוע, אשר מפחיתה את תמלול ב-G1, מפעיל את המחסום G1/S מחזור התא, ומקדם G0 entry5. עבור ניסויים מיוזה, תאים חייבים לצמוח לצפיפות גבוהה, אבל בלי להגיע לשלב נייח. לאחר מכן, תאים של שני סוגי הזוג הם מעורבים, מודבטים יחד במדיה חנקן נמוך. כישלון להזדווג, כפי שקורה כאשר התאים אינם מורעבים במידה מספקת של חנקן, תמנע מהם להזין מיוזה (לא יעיל, איור 2b). מגביר את הפעילות של השעיית תא ההזדווגות מגבירה את האינטראקציה של תא אל התא ובכך מצביע על הזדווגות מוצלחת והשראה meiotic יעיל (יעיל, איור 2B).
כריות agarose ג'ל ושיבוש פיזי של גושי תאים להבטיח הדמיה נכונה של תאים בודדים או asci (יומן, איור 2a; יעיל, איור 2B). על הרפידות לספק פלטפורמה נוקשה, אך לחה על התאים הקבועים בו ומוגנים מפני התייבשות. בנוסף, הרפידות חייבות להיות עבות מספיק כדי לעמוד בשינויים עקב אידוי ולספק משטח מפולס המאפשר מיקוד מתאים לאורך כל רכישת תמונה (איור 1C). סיבוב כיסוי נדרש כדי להפריד ולפזר תאים בתוך אגרגטים ההזדווגות (איור 1F; יעיל, איור 2B). ללא צעד זה, כמה asci אבל תאים רבים פלואידי הם נצפו כי asci לכודים בתוך שכבות נגיש של הזדווגות, בעוד תאים פלואידי הם חופשיים לאכלס את כל הנקודות הזמינות מונאולייר (איור 2b). גם עבור ניסויים mitotic, כאשר התא החלקה הוא פחות בעייתי, סיבוב כיסוי מעביר תאים סביב הלוח כדי ליצור שכבת תא אחת עם מרווח מספיק בין התאים כדי להפחית את אפקטי הצפיפות ולאפשר שכפול תאים (יומן, איור 2A ).
Atb2 הוא רכיב α-טובולין מעורב בהפרדה כרומוזום ביקוע שמרים מיטוזיס ו מיוזה7,14. כאשר מתויג בעקשנות, רכיב זה שלד ציטוזה מאפשר לחקור את השלבים המאפיינות הפרדה גרעינית מיטוזיס. במהלך prophase (0 '-20 ', איור 3A), התגררות של ציר הmitotic מתרחשת בצד הגרעיני של הגופים מוט הציר (spbs), כפי שנחשף על ידי סיבים Atb2-mrfp להגדיר נגד HTT1-gfp5 פאן-הרקע הגרעיני. במהלך מעבר המטא-אנאפיום (20 '-40 ', איור 3A) הציר הmitotic משתרע החוצה והגרעין מתפצל לשניים. כאשר התא נכנס telophase (60 '-80 ', איור 3A), Atb2-mrfp מרחיב באופן מבחינה מבצעית עד הכרומוזומים מופרדים לחלוטין. לאחר נקודה זו, סיבים Atb2-mRFP לקבץ ולהתפשט על פני משטח התא כדי להחזיר את הטופס שלהם interphase בכל אחד מתאי הבת והתוצאה. ציטוקינזה (> 120 ', איור 3A) מתרחש רק לאחר טפסים ממחיצת המחיצה ומחלק את התא ביקוע. בעקבות שינויים בעוצמה Hht1-GFP מעל מחזור mitotic חושף שלושה שלבים חשובים בדינמיקה גרעינית: מטא-שלב-אנאפיום (בעוצמה בינונית, compaction: 20 '-40 ', איור 3A-B), telophase (עוצמה נמוכה, הפרדת דנ א: 60 '-80 ', איור 3A-B) ו-G1 (הגדלת עוצמה, שכפול DNA: 100 '-120 ', איור 3A-b). באופן דומה, אבל באמצעות תאים כי רק לשאת Hht1-mRFP והעסקת כלי רב-kymograph (ראה שלב 5.15) בפיג, אפשר לצפות mitotic החטיבה מתוך מטאמשלב כדי telophase ולהעריך את התנועות הגרעיניות המעורבים במהלך האחות כרומאטיד הנכון סגרגציה (רגילה, איור 3C). Mis-סגרגציה kymographs להראות פעילות האות בין שני הנתיבים הגרעיניים העיקריים, המציין בלתי הפרדה אפשרית עקב פיצול כרומוזום או הפרדה כרומואטיברה לא הולמת (בפיגור, איור 3C).
כפי שהוזכר קודם לכן, ב הנצה ו ביקוע שמרים, Tos4 מועתק ב-G1 ופונקציות במהלך שכפול ה-DNA ב שלב22,23. זה יכול להיות נצפתה על kymograph שבו Tos4-gfp הביטוי עולה בגרעין אחרי Sad1-dsred10 וקדי לעבור לכיוונים הפוכים (המציין חלוקה גרעינית), אבל לפני הטפסים המחיצה, אשר לפני ציטוקינזה (39 ', איור 3d ; 36 ', איור 3e). שלב Tos4-gfp גבוהה הפעילות מתחיל בסוף מעבר M-G1/S (45 ', איור 3e) ומסתיים ב G2 (> 60', איור 3e), מיד לאחר חלוקת התא. בעוד מאוד מתפזרת במהלך G1, Tos4-gfp עוצמת האות מגדילה את הפוסט אנאפא וברחבי S-שלב ושיתוף עם הפרדה Sad1-dsred וקדי (45 '-60 ', איור 3e). תוצאה זו מגלה את תקופת העליה של שמרים ביקוע כאשר שכפול הגנום החלה בתאי הבת (G1/S), אבל ציטוקינזה עדיין לא התרחשה.
Hht1 הוא היסטון H3 ב שמרים ביקוע והוא שונה בדרך כלל עם תגי פלורסנט להמחיש DNA גרעיני5,14. ב mitosis, כמו תאים מעבר ממטא שלב כדי telophase (20 '-120 ', איור 3A), שני שינויים להבדיל למסה גרעינית הם נצפו. השינוי הראשון כרוך כיווץ של גודל גרעיני במטא-פאזה (20 ', איור 3a), בעוד השני מראה פיצול גרעין במהלך אנאפיום (40 ', איור 3a). מלבד שיתוף שינויים אלה עם mitotic תאים, תאים meiotic מוצג תנודה גרעינית (כלומר, לעקוב אחר סוסים) (-100 ' to-50 ', איור 4A-B) במהלך שילוב הומוולוגי והפחתה נוספת של גודל הגרעין בסוף אנאפיום II (70 '-90 ', איור 4A). Hht1-mRFP משמש כדי לבחון הפנוטיפים שאינם הפרדה בהפרדה כגון בפיגור או כרומוזומים מפוצלים (בפיגור, איור 3C). הוא מועסק גם להתבונן ולתאר את הדינמיקה הגרעינית בכל אחד משלבי האיוזיס (איור 4A-B). מסה גרעינית היא גדולה ואינה נעה בגודל במהלך הרבה של המעקב אחר סוסים (HT:-100 ' to-50 ', איור 4A-B)). כאשר התאים נכנסים למטא-שלב (MT:-40 ' עד 0 ', איור 4A-B), גודל גרעיני וירידה בתנודות, בהתאם לפעילות העיבוי מוגברת בשלב זה. התחלתה של שני אנאפיום I (MI: 10 '-60 ', איור 4a-b) ו-II (mii: 70 '-90 ', איור 4a-b) משויך הפחתה גרעינית נוספת וחוסר תנועה גרעינית, אשר מתואם גם עם שתי חטיבות גרעיניות המאפיינות מיוזה I ו-II (MI & mii). כך, מיוזה קשורה תנודות בגודל הגרעיני כאשר כרומוזומים הומוולוגי ליישר ולשלב עם הפחתת גודל גרעיני בעקבות שני סיבובים של הפרדת כרומוזום. Alleles כי לשנות את הדינמיקה הגרעינית הם ככל הנראה קשורה לוויסות יציבות הגנום ב-מיוזה12,13.
Rec8 הוא α-לייזר ביחידת המשנה של cohesin meiotic ב שמרים ביקוע. הוא נטען על כרומטין לאחר שכפול ה-DNA (מיי-S) ושומר כרומאטידים האחות קשור זה לזה עד אנא"א II. לאחר מטאמשלב I, Rec8 מוסר מזרועות כרומוזום על ידי הופרדים והוא מוגן במרכז הריכוז על ידי Sgo1-PP2A. בתום ההפרדה הגזעית, Rec8 מסולקת גם במרכז הריכוז, ובכך מאפשר הפרדת האחות כרומאטיד (איור 5a)6,24. Rec8-GFP יחד עם סמנים של הפרדה של כרומוזום כגון Sad1-DsRed או Hht1-mRFP לאפשר ויזואליזציה של דינמיקה לכידות במהלך meiosis. Rec8-GFP האות הוא פאן גרעינית במהלך מיי-S (< <-90 ' , איור 5A-b), prophase i (-90 ' ל-50 ', איור 5a-b), ומטשלב i (-40 ' ל -0 ', איור 5a-b). התבוננות זו מגלה את ההתאגדות של Rec8-GFP לאורך צירי כרומוזומים העוקב אחר כפילות DNA. כאשר התאים להזין אנאפיום אני (10 ', איור 5A-B), עוצמה Rec8-gfp פוחתת ברחבי הגרעין אבל נשאר חזק ב צנטרומר, שם הוא יוצר מוקד כל מסה גרעינית (20 '-70 ', איור 5a-B). תוצאה זו היא עקבית עם Rec8-GFP השפלה לאורך הזרועות כרומוזום אבל לא במרכז הריכוז, כי מ, כי מ, כי מלאחר בידוד בהפרדה. לפני אנאפיום II, המוקד Rec8 נעלם, לשחרר את האחות כרומאטידים להפרדה mii (70 '-80', איור 5a-B). סמן Rec8-GFP הוא, ובכך, שימושי כדי לבחון את התנאים לשבש את הקמתה, הסרת, ואת היציבות הכוללת של הלכידות המיוטית. לזווג עם סמן של חטיבה גרעינית כגון Hht1-mrfp5,13, Rec8-gfp יכול להיות מועסק כדי לטפל בשאלות של איך הלכידות התזמון והיציבות לפני ובמהלך מיוזה להשפיע על הפרדה נאותה כרומוזום12 ,13. פרוטוקול זה אינו מטפל בחלבונים שהדינמיקה שלהם מתרחשת בעיקר בציטוזול. עם זאת, שולחן אני מראה כמה חלבונים ציטוסולונים המשמשים בדרך כלל כדי לבחון את השלד הציטומי ואת תהליכי הממברנה הנחוצים לאנדוקציטוזה, לאקסוציטוזה ולציטוקינזה בין תהליכים אחרים.

איור 1: הכנת רפידות הצמח לדימות תאים חיים. (א) הערכת הכנת שקופיות הורכבה באמצעות מחזיק תשר, קלטת מעבדה ומגלשות מיקרוסקופ. הצבת שקופיות בניצב זו לזו יוצרת כיס שבו מדפדפת הטפסים. תוספת של קטעי קלטת מעבדה בצדדים מתאימה את רוחב הלוח האגקם למפרט הנדרש. (ב) מותכת agarose הוא מאפשר להתקרר לפני הגדרתו על שקופיות מיקרוסקופ כדי ליצור רפידות. בשלב זה, יש צורך לוותר על אמצעי האחסון האגקם לאט כדי להימנע מיצירת בועות אוויר. (ג) השקופית העליונה מונחת על הנקודה מחודש ליצור משטח עגול עם משטח ישר, אפילו קצוות, ואין סדקים מתגלים לעין. (ד) לאחר הצבת מדגם של השעיית תא על כרית agarose, היפוך שקופית ומקום על גבי מגבת נייר ללא מוך כדי להסיר בינוני נוזלי נוסף. (E) המקום בזהירות coverslip על כרית agarose, וודא לא ללכוד כל בועות אוויר ובדיקה כי מטוס המוקד הוא שטוח כדי למנוע הסטה התאים ובעיות התמקדות. (ו) לאט ובזהירות, לסובב coverslip כיוון השעון כדי לשבש את הגושים התאים וליצור דופלקס תא המאפשר התרחבות התא והדמיית תא טוב יותר. (ז,ח) השתמש תערובת פחמימנים מחוממת כדי לאטום רפידות agarose ולאפשר להם להיות שולי לטמפרטורה הרצויה לפני הדמיה. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 2: בחירת התאים הנכונים. (A) לוחות העליון להראות תאים שמרים ביקוע שמאל להרעיב ב EMM פלוס תוספי עבור 72 h והפאנל התחתון מראה תאים העוברים צמיחה לוגריתמית. בתאים שנותרו לרעוב, תא קטן מורפולוגיות יכול להיות מוערך. החץ הפתוח האדום מראה גרגרי וולאר האופייניים לרעב. בתרבויות לוגריתמית, תאים המציגים מורפולוגיות מאורכים וספטטה (חץ אדום) בשפע, המצביעים על הדינמיקה הפעילה של אופניים. לוחות צד ימין להראות תאים המבטאים Tos4-GFP ו-Sad1-DsRed בזמן רעב והתפשטות. פאן-גרעיני Tos4-GFP ביטוי ו Sad1-DsRed אותות המשודרים לקטבים התא הנגדי נראים במהלך התפשטות פעילה, אבל לא ברעב. (ב) הלוח העליון מראה תאים של אותו סוג (h +) לא להזדווג ביעילות. החץ הפתוח האדום מראה זוג תאים מוחללים העוברים בקריומיה. זה לא יוצא דופן בתרבויות של h + תאים, שבו 10% של תאים יכולים להחליף סוג-mate ל h-. הפאנל התחתון מראה asci כתוצאה ההזדווגות יעילה. הזיפטיים asci לקחת טפסים מרובים כולל זיג זג (החץ האדום) ואת הצורות תא בננה (אדום פתוח חץ). סרגל בקנה מידה = 5 יקרומטר אורך. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 3: Mitotic הדינמיקה הגרעינית. (א) histone H3 (Hht1-gfp) ו מיקרוכדורית (Atb2-mrfp) חלבונים הופעלו במהלך מחזור אחד מיטוזה (120 דקות). אותות בודדים עבור Hht1-GFP ו-Atb2-mRFP מוצגים לוחות שחור ולבן, בעוד מיזוג BF מראה להם את הצבעים שלהם בהתאמה. (ב) כימות העוצמה Hht1-mGFP מעל מחזור mitotic. השינוי ברמות Hht1 מעיד על חלוקה גרעינית במהלך השכפול מיטוזיס ו-DNA ב-G1. (ג) kymographs מראה הפרדה נורמלית או חריגים ב מיטוזה שבו הנתיבים הגרעיניים שהתקבל או bifurcate ולשמור על תקינות ה-DNA או לסטות ולקדם את הפיצול כרומוזום או הפרדה מוקדמת כרומטידה, בהתאמה. (ד,ה) Kymograph ופאנלים מיקרוגרפים המציגים את משך M-to-G1/S שנחשף על ידי ההפרדה של Sad1-DsRed והמראה של אותות גרעיניים Tos4-GFP. הערה לוחות הביניים ב- E אשר נוצרו באמצעות אש Lut בפיג כדי ליצור מפה תרמית עוצמה בוגרת המאפשרת זיהוי של נקודות עם ביטוי TOS4-gfp גבוהה; במקרה זה, מקומי לגרעין וחופפים Sad1-DsRed אותות, כצפוי. סרגל בקנה מידה = 5 יקרומטר אורך. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 4: דינמיקה גרעינית מיוטית. (א) סדרת הפאנל המציגה תנועה, דחיסה וחלוקת הגרעין (Hht1-mrfp) במהלך מיוזיס. לעקוב אחר סוסים (HT) מראה מקיף תנודות גרעיניות מצד לצד על ידי מטאמפאזה (MT), שם התנועה הצדדית הגרעינית יורדת לחלוטין נעצר ממש לפני אנאפיום I. ב מיוזה אני (MI), המסה הגרעינית העיקרי מתפצל לשניים, ואילו ב מיוזה II (mii) ארבעה גרעינים מופקים במהלך תהליך של הפרדת האחות כרומטידה. (ב) כימות של שינוי באזור הגרעיני (Hht1-mrfp) ב prophase, מטא-שלב, MI & mii. האזור הגרעיני הוא דינמי במהלך תנודות HT, הופך צפוף MT, ועוד פוחתת בגודל במהלך במהלך MI & MII, שם התנועה הגרעינית הקטנה נצפתה (הציר הגרעיני ארוך). מדידת הציר הגרעיני הארוך ביותר (ציר גרעיני ארוך) מבוססת על הרעיון כי כמעגל נמתח, זה מפסיק יש קוטר קבוע ויוצר לפחות שני צירים עיקריים: ארוך וקצר. כך, כאשר ניטור שינויים בגרעין, שינויים בציר ארוך או קצר לספק סימנים של תנועה גרעינית. סרגל בקנה מידה = 5 יקרומטר אורך. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

איור 5: cohesin דינמיקה מיוטית. (A) סדרת פאנל מראה כיצד שינוי אות REC8-gfp תואם עם דינמיקה גרעינית מיוטית. במהלך HT ו MT, האות Rec8-GFP הוא התנועה הגרעינית הפאן והעוקב אחר התנועות הגרעיניות (Hht1-mFRP). ב-MI, Rec8-GFP מתמוסס מתוך הגרעין, משאיר רק זוג foci, אשר עקבית עם Rec8 ההסרה מזרועות כרומוזום והקמתה של Sgo1-PP2A הגנה על הצנטרומר. כמו התא גישות mii, Rec8-gfp וקדי להתחיל להיעלם ואינם נראים עוד לפני אנאפיום II. (ב) קוונפיקציה של עוצמה REC8-gfp מ-HT ל-mii. בדומה למה שנראה ב , האות gfp הוא גבוה באמצעות HT ו MT, פוחתת משמעותית במהלך MI ו לחלוטין להיעלם ב mii. דפוס זה מאשר את cohesin dynamics בזרועות כרומוזום ואת צנטרומר, שם הוא שומר כרומאטידים האחות קשורה עד מוכן להיות מופרדים MII. סרגל בקנה מידה = 5 יקרומטר אורך. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.
| חלבון | פונקציה | ערות | תג | פניות | ||
| Hht1 | היסטון H3 מעורב באריזת דנ א | משמש לבדיקת דינמיקת כרומוזום | Hht1-mRFP | 5, 14 | ||
| Tos4 | Tos4 פונקציה מתרחשת במהלך שלב G1 | מועסקים כדי ללמוד G1 עיתוי | Tos4-GFP | 22, 23 | ||
| Rad21/ Rec8 | Cohesin יחידות משנה לשמירת האחות כרומטידים ביחד בעקבות השכפול | משמש לניתוח יציבות לכידות במהלך mitotic (Rad21) והפרדה מיוטית (Rec8) | Rad21-GFP/Rec8-GFP | 5, 24 | ||
| Rad11 | פעילות RPA מתרחשת במהלך תיקון ה-DNA mitotic, שילוב מחדש, ומסתיים במטא-פאזה | מועסק כדי ללמוד תיקון DNA ב מיטוזה ו שילוב מחדש דינמיקה מיוזיס | Rad11-YFP | 5, 13 | ||
| Rad52 | Rad52 acivity מתרחש במהלך mitotic תיקון DNA ו meiotic שילוב מחדש | מועסק כדי ללמוד תיקון DNA ב מיטוזה ו שילוב מחדש דינמיקה מיוזיס | Rad52-CFP | 5, 13 | ||
| Cnp1 | Histone H3 CENP-A מושמעות במיוחד ב צנטרומר | משמש כדי לעקוב אחר הדינמיקה ההפרדה בכרומוזום מיטוזיס ו מיוזה | Cnp1-מדובדבן | 13 | ||
| Swi6 | חלבון HP1 הומולוג מעורב במערך הטרוכרומטין | המועסקים לחקור הטרוכרומטין הגיוס במרכז הריכוז והטלמרים | Swi6-GFP | 13 | ||
| Sad1 | Sad1 מעורב באיתור גוף הציר מהמעטפת הגרעינית | מועסק כדי לנתח הפרדה בכרומוזום מיטוזיס ו מיוזה | Sad1-מדובדבן | 10 | ||
| ציטוזול & ממברנה | ||||||
| Atb2 | טובולין אלפא 2 מעורב בארגון שלד מיקרוציטוני | משמש לבדיקת הפרדה של כרומוזום במיוזיס ומיוזיס | Atb2-mRFP | 7, 14 | ||
| Ync13 | מווסת אקסוציטוזה ואנדוקציטוזה המעורבים בהעברת שלפוחית-בתיווך | מועסק ללמוד שלמות הקיר התא במהלך ציטוקינזה | Ync13-מאיפרין | 25 | ||
| Rlc1 | יחידת המשנה רירן II מעורב בהתכווצות הטבעת הקונאקטולה | משמש לחקור את הדינמיקה של ההבשלה והתכווצות המחיצה | RIc1-מדובדבן | 25 | ||
| Ccr1 | NADPH-ציטוכרום p450 רדוקטאז כי הוא חלק הקרום החיצוני, פלזמה, ו מיטורונו הממברנה החיצונית | מועסק כדי לבחון דינמיקה הקשורה לממברנה, כגון אנדוקציטוזה, אקסוציטוזה וציטוקינזה | Ccr1N-GFP | מיכל 5 | ||
| Gef1 | Rho guanyl-החלפת גורם מעורב בהקמת ואחזקה של קוטביות התא | משמש לבדיקת דינמיקת התאים העולמיים התלויים במיקרו-כדורית | Gef1-מדובדבן-GBP | 26 | ||
| Fus1 | Formin מעורב היתוך אקטין מיקוד הרכבה במהלך ציטומיה | משמש לחקר דינמיקת היתוך הקשורים ההזדווגות שמרים ביקוע | Fus1-sfGFP | 27 | ||
| Mnn9 | מmannolsyltransferase מעורב בגליקוציה מקושרת חלבון במערכת גולג'י | מועסק ללמוד התבגרות מטענים Golgi כפי שהיא מתקדמת מ- cis-golgi כדי טרנס-golgi | Mnn9-מדובדבן | 28 | ||
| Num1 | הרכב מעורב במעקב אחר סוסים | משמש כדי לבחון המיטוסטיים התלויים לעיגון במהלך תנודה גרעינית בפרופטיק prophase I | Num1-yEGFP | 29 | ||
טבלה 1: סמנים של דינמיקה גרעינית ו ציטוסולידי.

סרט 1: M-to-G1/S מעבר המראה גוף הציר (SPB; Sad1-DsRed) הפרדת המחיצה הקודמת וההצטברות של האות הגרעינית Tos4-GFP. אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון וידאו זה. (לחץ לחיצה ימנית להורדה).

סרט 2: השלמת המחזור הmitotic המציג את השלוחה המיקרוטודורית (Atb2-mRFP) הקשורה לחטיבה גרעינית (Hht1-gfp). אנא לחץ כאן כדי לצפות בסרטון וידאו זה. (לחץ לחיצה ימנית להורדה).
הדמיה של תא חי במהלך מיטוזיס ו מיוזה מציעה את ההזדמנות לבחון את הדינמיקה הגרעינית מבלי לשבש באופן משמעותי את הפיזיולוגיה שמרים במהלך רכישת נתונים. עם זאת, יש לתרגל זהירות כדי להבטיח שהתאים יגדלו לצפיפויות הרצויות ללא מתחים סביבתיים; ועבור meiosis, כי התאים הם התמונה במהלך הזמן של בידול מסוף ולא מוקדם מדי או מאוחר. עודף הצפיפות התאית, הרעב וטמפרטורות הגדילה הבלתי הולמות הן גורמים נפוצים התורמים לתצפיות מיותרות. בנוסף, במהלך בניית הזנים, חשוב לבדוק כי תגי פלורסנט לא להפריע פונקציות של גנים היעד או השפעה כללית תא כללי. כישלון לבדוק באופן מקרוב את פנוטיפים של זנים הנושאים סמנים פלורסנט עלול לגרום לתוצאות לא עקבית ושאין שונים על פני גנוסוגים דומים.
למרות שרפידות מיקרוסקופ פשוטות להרכבה, הם יכולים גם להציב משוכה בהשגת נתונים הדמיה יקרי ערך. יצירת רפידות מעלה היא פשוטה כמו הצבת שלושה שקופיות מיקרוסקופ במקביל זה לזה, לחלק את הצמח מותכת בשקופית האמצעית, ולשים שקופית כי העברת החלק העליון של השקופיות האחרות. זה שימושי, עם זאת, כדי להרכיב מנגנון יצרנית שקופיות המאפשר שינויים ברוחב כדי לייצר משטחים עמידים, ספציפי למצב הצמח. מכין שקופיות פשוט שנותן גמישות רוחב pad מורכב מפלטפורמה (מחזיק טיפים או ספסל), שתי שקופיות מיקרוסקופ, קלטת מעבדה מתנהג כמו מנגנון התאמת רוחב כרית (איור 1A). עובי מקלדת מדויקת יהיה תלוי בדרישות זמן הדמיה, agarose המותג, טמפרטורה, איטום כיסוי, שיעור אידוי, וכו '. לכן, חשוב לכייל את מערכת ההדמיה לפני רכישת נתונים כדי להגביר את המידע הטכני ולשפר את האיכות של הדמיית התאים החיים1,2,3. משטח המשטח, קשיחות, וקומפוזיציה חיוניים במהלך רכישת תמונה ממושכת. Agarose יש זריחה ברקע נמוך, ניתן ליצוק בקלות, ועל הריכוז המתאים, עם עומד דפורמציה מבנית עקב אידוי. יתר על כן, שילוב מדיה שמרים ביקוע עם agarose אינו מתפשר על איכות התמונה ומאפשר התבוננות מורחבת של מעגלים מרובים ומחזורי מיוזה. כמו כן, חשוב להימנע כל בועות אוויר עבור מיקרוסקופ זמן לשגות. בתוך ובתוך המדגם, כיסי אוויר להתרחב לאורך זמן, גורם העברת תאים ושיבוש מטוסי מוקד. התאים בתנאי מפוזרים ביעילות בנפרד על ידי סיבוב coverslip, החוקרים יכולים לעקוב אחר תהליכים mitotic על פני מספר דורות ואירועים meiotic מן היתוך גרעיני לספורציות. ביצוע ובחירת הלוח הנכון עבור ניסויים הדמיה לוקח זמן מאסטר, אבל פעם השיגה, יכול לתרום לתצפיות מיקרוסקופ אינפורמטיבי מאוד.
כמו המקרה עם שיטות אחרות, מיקרוסקופ תא חי אינו חופשי של מגבלות טכניות. השימוש בחלבונים מתויגים fluorescently מציג גבולות לניסויים המגבילים את היקף מה ניתן ללמוד. צילום-הלבנת ורעילות לתמונות הן בעיות האופייניות לרכישת תמונה ממושכת. ניתן לפעול מנגד על-ידי חוסר חשיפת תאים לאורכי גל קצרים במשך זמן ארוך מדי או לעתים תכופות מדי. עבור ניסויים מעורבים GFP, CFP, YFP, mRFP, ו-DsRed, חלבונים הניאון אופייני המשמשים שמרים ביקוע לחיות הדמיה, זה נפוץ להעסיק 5-15% עירור אור ו 100-500 ms זמן חשיפה עבור ניסויים שגרתיים. פרמטרים אלה משתנים, לעומת זאת, בהתאם לדרישות הניסוי הספציפיות של החוקר. בנוסף, z-ערימות מורכב של 9-13 סעיפים עם 0.5 יקרומטר מרווח באמצעות מטרה 60x הוא מספיק כדי לפתור את העובי של תא שמרים ביקוע. יתר על כן, חשוב לאשר כי סמנים פלורסנט לא לשבש תקנה נכונה או תפקוד של חלבונים היעד או ליצור פנוטיפים מזויף. לכן, מומלץ לבנות זנים המכילים פלורסנט שונים ותגי אהדה עבור אותו גן יעד כדי לאמת את התצפיות באמצעים שונים. יתר על כן, היא האחריות של החוקרים כדי להבטיח כי פרמטרים ניסיוניים ניתן לשכפל על פני ניסויים וכי הנתונים שנאספו מתאימים ניתוח במטה1,3. טכנולוגיה לא יכול להחליף את התרגול נבדק בזמן של אימות בקפדנות מערכות ניסיוני על ידי התבוננות זהירה ובדיקה קפדנית של יניאריות בזיהוי אותות פלורסנט.
לבסוף, חשוב לנתח נתונים מיקרוסקופית בפורמטים שאינם משנים תמונות raw. פיג'י מספק כלי תיעוד מצוינים למעקב אחר מדידות נתונים גולמיים ומאפשר לחוקרים לבחון פרמטרים שונים של תאים בהפעלה אחת. תכונות אלה, כמו גם העושר שלה של הדרכות מקוונות וכיסוי ספרות נרחבת, להפוך את פיג'י כלי חשוב למדידת, ניתוח, והצגת הדמיה של תא חי נתונים המתארים את הדינמיקה הגרעינית של שמרים ביקוע ב מיטוזיס ו meiosis.
. למחברים אין מה לגלות
המחברים רוצים להודות נטליה לה פורקייד ו-Mon LaFerte להכנת כתב יד זה מהנה יותר מאמץ. תודות לחברי מעבדת פורסבורג שתרמו להשלמת העבודה עם התובנה שלהם, התנסות ברעיונות ותמיכה מוסרית. פרויקט זה נתמך על ידי כR35 GM118109 ל-SLF.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| 60x תוכנית אפוכרומט עדשה אובייקטיבית | אולימפוס | AMEP4694 | |
| אדנין | סיגמא | A-8751 | |
| אגר | 7558B | IB4917-10 ק"ג | |
| אגרוז | סיגמא | A9539-500 גרם | |
| רקדנית בטן מסובב סטובל | פטנט ארה"ב #4.702.610 | ||
| ביוטין | סיגמא | B-4501 | |
| חומצה בורית | סיגמא | B-6768-5 ק"ג | |
| CaCl2· 2H20, | Sigma | C3306-500G | |
| חומצת לימון | Sigma | C-0759 | |
| תוסף תוכנת תלת מימד Convolve | OptiNav, Inc. | n/a | |
| CoolSnap HQ CCD מצלמה | Roper | n/a | |
| תלוש כיסוי | VWR | 16004-302 | |
| CuSO4· 5H20,END | CX-2185-1 | ||
| DeltaVision מיקרוסקופ פלואורסצנטי דה-קונבולוציה | GE Healthcare/Applied Precision | n/a | |
| Diffraction PSF 3D Software plug-in | OptiNav, Inc. | n/a | |
| אדינבורו מינימלי מדיום (EMM) Notrogen | Sunrise | 2023; 1 ק"ג | |
| FeCl2· 6H2O | END | FX9259-04 | |
| גלוקוז | Sigma | G-7021 | |
| צלחת חום | Barnstead | Thermo Lyne | |
| Histidine | Sigma | H8125-100g | |
| Huygens deconvolution software | SVI | n/a | |
| Imaris deconvolution software | bitplane | n/a | |
| מעבדת מעטפת | חממה | #3015 | |
| אינוזיטול | סיגמא | I-5125 | |
| תוסף תוכנה תלת מימדית איטרטיבי Deconvolve | OptiNav, Inc. | n/a | |
| KCl | Mallinckvadt | 6858-04 | |
| לנולין | סיגמא | L7387-1 ק"ג | |
| לאוצין | סיגמא | L8912-100 גרם | |
| ליזין | סיגמא | L5626-500 גרם | |
| תמצית מאלט (ME) | MP | 4103-032 | |
| MgCl2· 6H20 | AMRESCO | 0288-500G | |
| MetaMorph | Molecular Devices | n/a | |
| מיקרוסקופ שקופיות | VWR | 16004-422 | |
| MnSO4, | Mallinckvadt | 6192-02 | |
| חומצה מוליבדית | Sigma | M-0878 | |
| Na2S04 | Mallinckvadt | 8024-03 | |
| חומצה ניקוטינית, | Sigma | N-4126 | |
| חומצה פנטותנית | Sigma | P-5161 | |
| שעוות פרפין | פישר | s80119WX | |
| פומבה גלוטמט מדיום (PMG) | Sunrise | 2060-250 | |
| softWorx v3.3 תוכנת עיבוד תמונה | GE Healthcare | n/a | |
| Sporulation אבקה בינונית | Sunrise | 1821-500 | |
| צנטריפוגה מבוקרת טמפרטורה | בקמן | Allwgra 6KR קסנטריפוגה | |
| Uracil | AMRESCO | 0847-500g | |
| וזלין | אקוולין | F79658 | |
| תמצית שמרים | EMD | 1.03753.0500 | |
| תמצית שמרים בתוספת תוספי מזון (YES) | זריחה | 2011-1 ק"ג | |
| ZnSO<תת>4· 7 ש'<תת>2O | ג'יי טי בייקר | 4382-04 |