La microscopia a fluorescenza (FM) può essere utilizzata per ottenere la localizzazione e la distribuzione della proteina bersaglio. Tuttavia, il contesto che circonda la proteina bersaglio viene perso, il che è fondamentale per studiare a fondo la proteina bersaglio. La microscopia elettronica (EM) ha la più alta risoluzione di imaging, fornendo diversi dettagli subcellulari. Ciononostante, i mercati emergenti non dispongono di un'etichettatura target. Unendo accuratamente l'immagine di fluorescenza acquisita da FM con l'immagine grigia acquisita da EM, la microscopia elettronica e di luce correlativa (CLEM) può combinare le informazioni ottenute da queste due modalità di imaging 1,2,3,4.
CLEM è un compromesso tra la fluorescenza e l'ultrastruttura1. A causa dei limiti delle attuali proteine fluorescenti e delle tradizionali procedure di preparazione dei campioni EM, in particolare l'uso di acido osmico (OsO4) e resine idrofobiche come Epon, l'ultrastruttura compromette sempre la fluorescenza5. OsO4 è un reagente indispensabile nella preparazione dei campioni EM, che viene utilizzato per migliorare il contrasto delle immagini EM. Rispetto ad altre resine per inclusione, Epon è superiore nella conservazione dell'ultrastruttura e nelle proprietà di sezionamento5. Tuttavia, nessuna proteina fluorescente può mantenere il segnale di fluorescenza dopo il trattamento di OsO4 e Eponembedding 6. Per superare i limiti delle proteine fluorescenti, è stato sviluppato il CLEM pre-embedding, in cui l'imaging FM viene eseguito prima della preparazione del campione EM6. Tuttavia, lo svantaggio del pre-embedding CLEM è la registrazione imprecisa tra le immagini FM e EM5.
Al contrario, il metodo CLEM post embedding esegue l'imaging FM dopo la preparazione del campione EM, la cui precisione di registrazione può raggiungere 6-7 nm 5,6. Per mantenere la fluorescenza delle proteine fluorescenti, sono state utilizzate concentrazioni molto basse di OsO4 (0,001%)3 o i metodi di preparazione EM 4,7 congelati ad alta pressione (HPF) e sostitutivi del congelamento (FS)a scapito dell'ultrastruttura compromessa o del contrasto dell'immagine EM. Lo sviluppo di mEos4b promuove notevolmente il progresso del CLEM post-embedding, sebbene il glicidil metacrilato sia utilizzato come resina di inclusione5. Con lo sviluppo di mEosEM, che può sopravvivere alla colorazione di OsO4 e all'inclusione di Epon, è stato raggiunto per la prima volta il CLEM a super-risoluzione post-inclusione di Epon, mantenendo la fluorescenza e l'ultrastruttura contemporaneamente6. Dopo mEosEM, sono state sviluppate diverse proteine fluorescenti in grado di sopravvivere alla colorazione di OsO4 e all'inclusione di Epon 8,9,10,11. Questo favorisce notevolmente lo sviluppo di CLEM.
Ci sono tre aspetti chiave per Epon post-embedding CLEM. La prima è la proteina fluorescente, che dovrebbe mantenere il segnale fluorescente dopo la preparazione del campione EM. Secondo la nostra esperienza, mScarlet è superiore ad altre proteine fluorescenti riportate. Il secondo è come trovare la stessa cellula visualizzata dall'imaging FM nell'imaging EM. Per risolvere questo problema, miglioriamo la procedura per questo passaggio in modo che si possa trovare facilmente la cellula bersaglio. L'ultimo è il metodo per allineare l'immagine FM con l'immagine EM. Qui, descriviamo in dettaglio la registrazione tra le immagini FM e EM. In questo protocollo, esprimiamo mScarlet nei neuroni VGLUT2 e dimostriamo che mScarlet può colpire i lisosomi secondari utilizzando Epon post-embedding CLEM. Forniamo dettagli passo-passo per il CLEM post-inclusione di Epon, senza compromettere la fluorescenza e l'ultrastruttura.