Una panoramica grafica completa del flusso di lavoro sperimentale è disponibile nella Figura 1. Per minimizzare il bias sperimentale, i dataset possono essere analizzati in modo cieco. Ad esempio, tutte le identità dei campioni sono state tenute nascoste ai ricercatori durante la raccolta e l'elaborazione dei dati. Di conseguenza, i gruppi sperimentali sono etichettati con l'identificatore assegnato (gruppo A, gruppo B, ecc.) e le loro vere identità sono definite nelle didascalie di testo e figura.
Dopo la purificazione del Tag RNA A, la durata della fluorescenza in vitro di due sonde Riboglow, Cbl-3xGly-ATTO590 (3xGly) e Cbl-5xGly-ATTO590 (5xGly), è stata misurata in presenza e assenza del Tag RNA A. Le sonde 3xGly e 5xGly sono identiche tranne che per il numero di ripetizioni monomeriche di glicina nei loro segmenti di collegamento, tre per 3xGly e cinque per 5xGly (Figura 2D). La durata della fluorescenza in vitro è stata raccolta e analizzata utilizzando i metodi sopra descritti, e il decadimento complessivo è stato analizzato senza selezione ROI (Figura 2E-2G). Dopo la riconvoluzione n-esponenziale, i valoridi τ AvAmp sono stati estratti e tracciati per gruppo sperimentale (Figura 3B). Per ogni gruppo sono state prodotte finestre rappresentative di acquisizione FLIM con scale di colore normalizzate false e risultano allineate con i valori raccolti diτ AvAmp corrispondenti al loro tipo specifico di campione (Figura 3A e 3B). Come previsto, i campioni in vitro a vita contenenti il Tag RNA A (gruppi B e C) avevano valori di durata della fluorescenza significativamente più alti rispetto a quelli senza Tag RNA A (gruppi A e D). Le curve di decadimento rappresentative per ogni gruppo sperimentale mostrano ulteriormente che la presenza del tag RNA A aumenta la durata estratta in vitro (Figura 3C). Per i campioni senza RNA A Tag, le loro curve di decadimento sono spostate a sinistra, indicando valori medi di vita più brevi rispetto ai campioni con il RNA A Tag.
Per indagare la durata della fluorescenza nelle cellule vive, è stato eseguito il carico di perle delle cellule HeLa aderenti come descritto sopra con le sonde di Riboglow 3xGly e 5xGly (Figura 4A). L'analisi FLIM è stata utilizzata per determinare se le diverse sonde di Riboglow producevano segnali unici a durata di vita nelle cellule vive. Le cellule sono state selezionate per la misurazione FLIM in base alla presenza della sonda Riboglow carica e allo stato generale della cellula. Le cellule sono state selezionate sulla base del carico confermato della sonda e della morfologia normale prima dell'analisi della durata della vita, indipendentemente dall'esito della fluorescenza nella durata della vita. I dati FLIM raccolti sono stati analizzati utilizzando ROI per limitare i segnali di fluorescenza fuori bersaglio (Figura 2H, Figura 4B). I risultati hanno mostrato che la durata della fluorescenza cellulare delle cellule cariche di perle con 3xGly (gruppo E) era significativamente inferiore rispetto a quelle caricate con 5xGly (gruppo F, Figura 4D). Questa tendenza può essere ulteriormente visualizzata attraverso curve di decadimento rappresentative dei due gruppi campionari, dove una cellula carica di 3xGly presenta una curva di decadimento spostata a sinistra rispetto a quella caricata di 5xGly, indicando una durata media di fluorescenza inferiore (Figura 4C). Questi risultati dimostrano l'utilità dei protocolli descritti nell'estrarre la durata della vita cellulare delle sonde di Riboglow da immagini cellulari 2D.
Abbiamo quindi puntato a risolvere il Riboglow-FLIM nei compartimenti subcellulari. Ad esempio, abbiamo scelto i segnali FLIM nucleari rispetto a quelli citosolici. La durata della vita dei nuclei cellulari è stata raccolta e confrontata con la durata della vita citosolica per indagare le variazioni tra i compartimenti cellulari (Figura 5). Sono state raccolte immagini confocali di cellule con colorazioni nucleari blu insieme a immagini FLIM e utilizzate per determinare i ROI nucleari e dei citosoli (Figura 2J, Figura 5C). L'analisi FLIM dei nuclei cellulari e dei citosoli caricati con 3xGly e 5xGly ha rivelato una differenza significativa di durata tra i compartimenti subcellulari in entrambi i gruppi (Figura 5F). In linea con le osservazioni precedenti, il nucleo delle cellule caricate con la sonda di Riboglow ha durate di fluorescenza costantemente più elevate rispetto al citosolo della stessa cellula. La durata del nucleo era, in media, 0,18 ns e 0,13 ns superiore rispetto al citosolo per 3xGly e 5xGly, rispettivamente. È importante notare che la finestra di acquisizione della falsa scala di colore, le curve di decadimento e i valori estratti diτ AvAmp mostrano tutti la stessa tendenza di vita della fluorescenza (Figura 5C-Figura 5F). Queste differenze nella durata della vita nucleare rispetto a quella citosolica erano piccole ma costantemente rilevate attraverso il nostro robusto flusso di lavoro di analisi dei dati.
Per dimostrare l'utilità del FLIM in sistemi sempre più complessi, sono stati raccolti e analizzati Z-stack cellulari 3D. Un totale di quattro celle sono state fotografate in tre dimensioni utilizzando fette Z-stack, con un numero di fette che variava da 10 a 15 per cella. Per ogni fetta cellulare, sono stati raccolti i ROI del nucleo e del citosol, e i valori diτ AvAmp estratti per tutte le fette sono stati tracciati e analizzati utilizzando un test t accoppiato (Figura 5A e 5B, 5G). I risultati di tutti gli esperimenti hanno mostrato che non vi era differenza significativa tra la durata della vita del nucleo e del citosolo in queste cellule. Ciò potrebbe essere dovuto alla riduzione del conteggio dei fotoni per Z-slice e alla dimensione limitata del campione, che può ridurre la potenza statistica e la risoluzione della durata della durata nell'analisi 3D. Questi dati evidenziano l'importanza della dimensione del campione e del conteggio dei fotoni nella raccolta dati FLIM, dove analisi multiple cellulari con conteggi di fotoni più elevati per cattura rivelano differenze di durata che non sono visibili negli esperimenti a singola cellula e a fotoni più bassi (Figure 5F e 5G).
Insieme, questi risultati dimostrano l'utilità del protocollo descritto nella raccolta e analisi dei dati FLIM prodotti dal sistema Riboglow in diversi contesti biomolecolari rilevanti.

Figura 1: Panoramica del flusso di lavoro sperimentale. A-B) Flusso di lavoro di preparazione del campione per campioni in vitro (A) e cellule mammiferiche (B). C) Flusso di lavoro FLIM per l'acquisizione dati. D) Flusso di lavoro di elaborazione dati FLIM. I dati raccolti vengono adattati tramite riconvoluzione n-esponenziale, il numero di parametri di fitting viene determinato per ogni acquisizione e il valore finale della durata viene determinato ed esportato. E-F) Visualizzazione dati FLIM. I dati in vitro (E) sono presentati come immagini FLIM a falso colore o punt-plot a vita, mentre i dati cellulari (F) sono presentati come immagini FLIM cellulari 2D o 3D. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 2: Piattaforma Riboglow, serie di linker e flusso di lavoro di adattamento FLIM. A-B) Cartone animato delle sonde di Riboglow e del tag RNA A. C) Illustrazione del legame della sonda di Riboglow al tag di RNA aptamer (A Tag), che porta a un aumento dell'intensità e della durata della fluorescenza alla formazione del complesso. D) Serie di linker di Riboglow per questo studio. Cbl (prugna) è accoppiato covalentemente a un fluoroferano (blu) tramite un collegamento chimico variabile. 5xGly contiene due residui aggiuntivi di glicina, come evidenziato in giallo. E-J) Elaborazione dati FLIM tramite SymPhoTime 64. E-G) I dati FLIM vengono importati in SymPhoTime 64(E). Viene selezionata una regione di interesse pulita (ROI) (F) e le curve di decadimento vengono quindi adattate utilizzando un modello di riconvoluzione n-esponenziale (G). L'adattamento ottimale viene utilizzato per ottenere la durata media ponderata in ampiezza (τAvAmp). H) Analisi FLIM cellulare 2D del 3xGly temprato nelle celle U-2 OS, mostrando un adattamento per n = 3. I) Rendering volumicoso 3D delle celle HeLa etichettate con 5xGly e DAPI temprati. J) Flusso di lavoro Z-stack per l'analisi FLIM tra nucleo e citosol, dimostrando come le corrispondenti z-slice confocali guidino un posizionamento preciso del ROI per l'adattamento a vita specifica per compartimento. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 3: Valutazione della durata della fluorescenza di due varianti di sonda in vitro +/- RNA. A) Visualizzazione quantitativa delle sonde di Riboglow tramite microscopia di imaging a fluorescenza a durata di vita (FLIM) in vitro , in presenza o assenza del Tag RNA A. Barra di scala = 50 μm. B) Grafico dei valori di τ AvAmp per campioni in vitro 3xGly e 5xGly, con e senza Tag RNA A. Ogni punto rappresenta un'acquisizione FLIM. Le barre di errore rappresentano media e SD. L'ANOVA unidirezionale con Tukey HSD post hoc mostra differenze significative nella durata della vita (****p < 0,0001). C) Curve rappresentative di decadimento in vitro per sonde 5xGly e 3xGly con e senza RNA-A. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 4: Imaging a fluorescenza durante la durata delle cellule HeLa con sonde Riboglow 3xGly (Gruppo E) e 5xGly (Gruppo F). (A) Panoramica del processo di caricamento della sonda. (B) Immagini di acquisizione cellulare del Gruppo E (a sinistra) e F (a destra). Barra della scala = 10 μm. (C) Curve di decadimento a durata di vita adattate estratte dai Gruppi E e F e tracciate con l'IRF. (D) Durata della fluorescenza per il Gruppo E (n=18 cellule) e il Gruppo F (n=18 cellule) nelle cellule HeLa con barre di errore media e CI 95% mostrate. Il test t non accoppiato rivela una differenza significativa nella durata della vita tra cellule cariche con 3xGly e 5xGly,*** p < 0,0005. Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.

Figura 5: Analisi FLIM dei compartimenti subcellulari utilizzando sonde Riboglow 3xGly (Gruppo L) e 5xGly (Gruppo M). (A) Rappresentazione schematica dell'imaging a Z-stack. (B) Immagine renderizzata 3D di celle HeLa acquisite tramite immagini confocali Z-stack. Le cellule HeLa contenevano una colorazione nucleare blu (ciano) e erano caricate con sonda Riboglow (arancione). (C) Analisi FLIM delle cellule HeLa cariche a perle. Le immagini confocali (colonna sinistra) venivano utilizzate come riferimento per la selezione del ROI (colonne centrale, destra). Barre di scala = 10 μm. (D-E) Curve rappresentative di decadimento della fluorescenza estratte da ROI nucleari e citosolici delle cellule HeLa caricate con (D) 3xGly, o (E) 5xGly. Le curve mostrano il numero normalizzato di fotoni rispetto al tempo di decadimento e ogni decadimento è sovrapposto alla funzione di risposta dello strumento (IRF, nero). (F) Grafico dei punti che quantifica i tempi di vita della fluorescenza da ROI nucleari rispetto a quelli citosolici tra i due gruppi sperimentali. Ogni punto rappresenta un singolo ROI cellulare. ANOVA unidirezionale con Tukey HSD post hoc rivela differenze significative nella durata della vita tra nucleo e citosolo all'interno di entrambi i gruppi (****p < 0,0001). (G) Grafico a punto delle Z-stack di fluorescenza di quattro cellule. Ogni punto rappresenta un singolo ROI preso da una fetta di uno Z-stack cellulare. I ROI multipli derivati dalla stessa cellula sono stati trattati con cautela, poiché non sono repliche biologiche completamente indipendenti. Tutti i ROI sono stati definiti utilizzando l'immagine confocale come riferimento. I test t accoppiati non rivelano differenze significative nella durata della vita tra nucleo e citosolo all'interno di tutti gli stack Z cellulari ( ns p > 0,05). Clicca qui per visualizzare una versione più grande di questa figura.