2018年3月6日
この方法論の全体的な目標は、固定細胞における微小管、中間径フィラメントの 2D デュアル カラー dSTORM イメージを実行するために、画像の獲得および復興にサンプル準備から最適な実験条件を与えるには
この方法論の全体的な目標は、固定細胞内の微小管と中間フィラメントの2DデュアルカラーD-STORMイメージングを実行するために、サンプル調製から画像取得および再構成まで最適な実験条件を作成することです。この方法は、中間フィラメントや微小管などの高密度および複雑な細胞骨格ネットワーク間の物理的相互作用を特徴付けるのに役立ちます。この技術の主な利点は、従来の蛍光顕微鏡では解決できない細胞構造の観察を可能にすることです。
アーティファクトの発生を制限するためには、サンプル調製の制御とローブリンキングデータの取得が重要であるため、この方法を視覚的にデモンストレーションすることが重要です。テキストプロトコルに従ってU373細胞を増殖させた後、まずPBSを使用して細胞を固定し、細胞を一度洗浄します。次に、PBSを取り外し、予熱した抽出固定液のウェルごとに1ミリリットルを追加します。
細胞を室温で60秒間インキュベートします。次に、溶液を取り出し、新たに調製して予熱した4%PFAを細胞骨格緩衝液で希釈したウェルあたり1ミリリットルを加えます。12ウェルプレートを摂氏37度のインキュベーターに10分間戻します。
次に、PFAを取り出し、ウェルごとに3ミリリットルのPBSを追加します。PBSを使用して細胞を2回洗浄します。次に、PBSを取り外し、グルタルアルデヒドからの自家蛍光を消光するために、PBSで希釈した新たに調製した10ミリモルの水素化ホウ素ナトリウムを追加します。
細胞を室温で7分間インキュベートし、リサイクルされた水素化ホウ素ナトリウムを特定のビンに移します。PBSを使用して、ウェルを3回、それぞれ5分間洗浄します。次に、PSBを取り外し、ブロッキングソリューションとしてPBSに5%BSAを追加します。
サンプルを免疫染色し、テキストプロトコールに従ってバッファー中の溶液を調製した後、標識細胞を含むカバーガラスを磁気サンプルホルダーにマウントします。そして、イメージングバッファーを追加して、チャンバーを完全に満たします。蓋をして、イメージングバッファーと蓋の間に気泡がないことを確認します。
無水エタノールを使用して、サンプルの底を清掃し、漏れがないことを確認します。次に、必要に応じてグリースを使用してサンプルホールドを適切にシールします。イメージングを行うには、顕微鏡と取得ソフトウェアのスイッチを入れます。
100倍NA 1.46対物レンズ、1.6倍Optivarレンズ、およびTIRF UHPモードを使用して、テキストプロトコルに従って取得パラメータを設定します。647トラックを作成して、Alexa Fluor 647でラベル付けされたビメンチンフィラメントを画像化します。405ナノメートルおよび642ナノメートルレーザーラインとLP655発光フィルターを選択します。
次に、555トラックを作成して、Alexa Fluor 555で標識された微小管を画像化します。561、488、405ナノメートルのレーザーラインを選択して、蛍光色素とBP 570〜650蛍光フィルターをイメージングします。次に、対物レンズにオイルを加え、サンプルをレンズに置きます。
次に、[位置]タブを選択し、蛍光ランプのシャッターを開きます。ピントを見つけ、接眼レンズを使用して、画像化する細胞を探します。次に、ジョイスティックを使用して、セルをフィールドの中央に配置します。
取得タブをクリックして、取得モードに戻ります。次に、647トラックを選択し、642レーザー出力を0.2%に設定し、405レーザー出力を最小値に設定します。露光時間を 50 ミリ秒に、ゲインを 50 に設定します。
次に、連続取得モードを選択して、画面上のセルを観察します。視野内に少なくとも1つの蛍光ビーズがあることを確認してください。ディスプレイに自動スケールモードを使用し、フォーカスを調整します。
次に、スナップをクリックしてビメンチンネットワークの広視野落射蛍光画像を撮影し、画像を保存します。TIRFの照明を確認するには、TIRFをクリックし、連続を押して、均一な照明フィールドを持つために取得パラメータを調整します。次に、スナップを押して画像を保存します。
555トラックを確認してください。647 トラックのチェックを外し、555 トラックを選択します。微小管ネットワークの落射蛍光画像を撮影し、保存します。
次に、TIRF画像を撮って保存します。次に、647トラックを確認します。555 トラックのチェックを外し、647 トラックを選択します。
ゲインを 0 に、露光時間を 10 ミリ秒に設定します。次に、連続を押します。642ナノメートルのレーザー出力を100%に設定して、ほとんどのAlexa 647色素を暗い状態に送り込みます。
蛍光色素が点滅し始めたら、曝露を 15 ミリ秒に増やし、ゲインを 300 に増やします。範囲インジケーターモードを使用して、赤色で示されているように、単一分子の信号がカメラを飽和させないことを確認します。その場合は、彩度が消えるまでゲインを下げます。
ビーズは、取得の開始時に飽和したままです。ストップを押すと、セルの観察が中止されます。オンライン処理ツールを展開し、[オンライン処理 PALM] をクリックして、取得中の STORM 画像を視覚化します。
ピークマスクサイズには9を使用し、ノイズに対するピーク強度には6を使用します。次に、取得の開始を押します。取り込み中は、必要に応じてセルに再度焦点を合わせます。
露光時間を調整し、最終的に0.001%から始まる405ナノメートルのレーザーラインをオンにして、単一分子間の最小距離1マイクロメートルで中密度の蛍光色素を維持します。再構成された画像の下のヒストグラムのローカリゼーション精度のピークが、10 ナノメートル付近またはそれ以下の中心にあることを確認します。100 万を超えるローカリゼーションに達したときにムービーを終了するには、stop キーを押します。
STORM集録の生データをCZI形式で保存します。次に、チャネルツールでトラック555をチェックし、トラック647のチェックを外して、トラック555を選択します。次に、連続ボタンを押します。
露光時間を 30 ミリ秒に、ゲインを 0 に設定します。次に、488レーザーと561レーザーの両方を100%に設定して、Alexa 555色素をダークステートにポンピングします。HILO モードのイルミネーションを使用します。
蛍光色素がなくなったら、stopを押します。ゲインを250に設定し、488レーザーを50%に減らします範囲インジケーターを使用して、単一分子がカメラを飽和させないことを確認します。その場合は、ゲインを下げてください。
次に、取得の開始を押します。取得中は、飽和の限界に達するまでゲインを徐々に増やします。405ナノメートルのレーザー出力を段階的に増やして、分子を活性化し、視野内で中密度に到達します。
405レーザーが約15%のときに488ナノメートルのレーザー出力を30%に減らし、分子の点滅をできるだけ速く、中密度に保つために、405レーザーの出力を増やしながら488を徐々に減らします。488レーザーラインと最大強度の561励起レーザーの組み合わせは、蛍光色素のオンとオフの両方の速度を増加させますが、405レーザーラインはオン速度を増加させるだけです。500, 000 以上の局在化に達したとき、またはそれ以上の分子が点滅しなくなったときに、取得を停止します。
次に、STORM集録の生データをCZI形式で保存します。PAL-Driftツールを使用して画像の再構成を実行するには、最大サイズが8つの自動セグメントを持つモデルベースの補正タイプを選択します。ドリフトが修正されるまで、applyを連続して複数回押します。
このモデルベースの補正では、相互相関分析に基づくアルゴリズムが適用され、ドリフトが修正されます。PALフィルターツールを使用して、最も局在化した分子のみを選択することで、STORM画像の外観を改善します。たとえば、位置推定精度を 30 ナノメートルに制限し、PSF を 120 ナノメートルから 180 ナノメートルに制限します。
PAL-Renderツールでは、5ナノメートルまたは10ナノメートルのピクセル解像度とテキストプロトコルに応じたパラメータを使用します。「95%の値で自動ダイナミックレンジHRをレンダリング」を選択し、90%の値で自動ダイナミックレンジSWFをレンダリングします。次に、[最高品質でレンダリング]を選択します。
[処理] タブの [PALM] メニューで、[PALM 変換] を選択します。select を押してから適用します。最後に、作成した画像をCZIではなくLSM形式で保存します。
この図は、Alexa 647で免疫標識したビメンチンフィラメントのD-STORM画像の典型的な例を示しています。解像度の向上は、標準的な広視野顕微鏡で取得した画像と比較するとはっきりと観察できます。このグラフに示されている蛍光強度プロファイルは、超解像顕微鏡イメージングによりビメンチンバンドルの分離が可能になることを示しています。
D-STORMの分解能は、バンドル内に存在するフィラメントの数をカウントするのに十分です。ここに示されているのは、Alexa 647およびAlexa 555で免疫標識されたビメンチンおよび微小管ネットワークのデュアルカラーD-STORMイメージングの典型的な例です。良好なビメンチン画像は、マイクロメートルの二乗あたり少なくとも5, 000の局在化、微小管のマイクロメートルの二乗あたり2, 500の局在化を持つ必要があります。
一度習得すれば、このテクニックは適切に実行されれば3日で完了することができます。この手順を試みる際には、画像化するタンパク質に固定とパラメータ化の方法を適応させることが重要です。例えば、グルタルアルデヒドのみによる固定は、中間フィラメントでは不十分な結果をもたらしますが、微小管の固定には最適です。
調製したばかりのサンプルと溶液、特にpHを慎重に調整する必要があるMEAを使用することを忘れないでください。その開発後、この技術は、細胞生物学の分野の研究者がナノスケールの細胞構造の形態を探求する道を開きました。このビデオを見れば、サンプル調製、画像取得、中間フィラメントと微小管の2DデュアルカラーD-STORM画像の再構成を行う方法について十分に理解できるはずです。
一部の溶液、特にPFA、NABH4の取り扱いは非常に危険であり、この手順を実行する際には、手袋の着用、化学フードの下での作業、特定のビンの使用などの予防措置を常に講じる必要があることを忘れないでください。
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本手法では、固定細胞における微小管および中間フィラメントの2D 2色dSTORMイメージングに最適な実験条件を確立することを目的としています。これにより、従来の蛍光顕微鏡では分解能が不十分であった細胞骨格ネットワークの特性評価を向上させます。
中間径フィラメントや微小管などの高密度な細胞骨格ネットワークを解明することは、疾患モデルにおける協調的な細胞機能を理解する上で極めて重要です。2色dSTORMイメージングは、これらのネットワーク間の物理的な会合を可視化するためのナノスケールの解像度を提供し、細胞骨格調節に関与するターゲットのメカニズム的なリスク低減を可能にします。この機能は、細胞運動能、極性、および細胞内輸送に影響を与える構造的依存性を明らかにすることで、神経変性疾患やがん研究における主要な表現型のターゲット検証およびアッセイ開発を支援します。
本手法は、標的仮説の検証からリード化合物の特定に至る創薬のディスカバリー・コンティニュアムに適合するものであり、細胞の構造および機能に対する化合物の影響を評価するための表現型リードアウトとして、細胞骨格の完全性が利用されます。