이 프로토콜의 목표는 살아있는 세포에 있는 표면 수용체 역학을 4 차원으로 가시화하기 위하여 격자 빛 시트 현미경 검사를 사용하는 방법을 보여주기 위한 것입니다. 여기서CD4+ 원발성 T 세포상에 T 세포 수용체가 도시된다.
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이 프로토콜의 목표는 살아있는 세포에 있는 표면 수용체 역학을 4 차원으로 가시화하기 위하여 격자 빛 시트 현미경 검사를 사용하는 방법을 보여주기 위한 것입니다. 여기서CD4+ 원발성 T 세포상에 T 세포 수용체가 도시된다.
세포의 신호 및 기능은 표면 수용체의 동적 구조와 상호 작용에 의해 결정됩니다. 진정으로 이 수용체의 구조 기능 관계를 이해하기 위하여는, 우리는 충분한 주분체 해결책을 가진 살아있는 세포 표면에 그(것)들을 구상하고 추적할 필요가 있습니다. 여기에서 우리는 살아있는 세포막에 있는 T 세포 수용체 (TCRs) 4 차원 (4D, 공간 및 시간)를 심상하기 위하여 최근에 개발한 격자 빛 시트 현미경 검사법 (LLSM)를 사용하는 방법을 보여줍니다. T 세포는 적응형 면역 계통의 주요 이펙터 세포 중 하나이며, 여기서 우리는 이러한 세포의 신호및 기능이 TCRs의 역학 및 상호작용에 의해 구동된다는 것을 보여주기 위해 T 세포를 예로사용하였다. LLSM은 전례 없는 시공간 해상도로 4D 이미징을 가능하게 합니다. 이 현미경 기술은 그러므로 생물학에 있는 다른 세포의 표면 또는 세포내 분자의 넓은 배열에 일반적으로 적용될 수 있습니다.
3차원 세포 표면에서 실시간으로 트래피킹하고 확산되는 분자의 정확한 역학은 해결해야 할 수수께끼였습니다. 현미경 검사법은 항상 속도, 감도 및 해상도의 균형이었습니다. 하나 또는 두 개가 최대화되면 세 번째가 최소화됩니다. 따라서 표면 수용체가 이동하는 작은 크기와 엄청난 속도로 인해 역학을 추적하는 것은 세포 생물학 분야의 주요 기술적 과제로 남아 있습니다. 예를 들어, 많은 연구는 전체 내부 반사 형광을 사용하여 실시되었습니다 (TIRF) 현미경 검사법1,2,3,이는 높은 측두력을 가지고 있지만, T 세포 막의 매우 얇은 조각을 이미지 할 수 있습니다 (~ 100 nm), 따라서 세포에서 멀리 일어나는 이벤트를 놓친다. 이러한 TIRF 이미지는 또한 세포의 2차원 섹션만을 보여준다. 이와 대조적으로, 경질 광학 재건 현미경 검사법(STORM)4,광활성화 국소화 현미경(PALM)5및 자극방출 고갈 현미경(STED)6,빛의 절제 한계를 극복할 수 있는 초고해상도 기술. 이러한 기술은 높은 공간 해상도 (~ 20 nm 해상도)4,5,6,7,그러나 그들은 종종 전체 2 차원 (2D) 또는 3 차원 (3D) 이미지를 취득하는 데 많은 시간이 소요되므로 시간 해상도가 손실됩니다. 또한 깜박이는 신호에 의존하는 STORM 및 PALM과 같은 기술은8,9를계산하는 데 부정확할 수 있습니다. 전자 현미경 검사법은 지금까지 가장 높은 해상도 (최대 50 오후 해상도)10; 그것은 심지어 최대 3 nm XY 및 500 nm Z 해상도11의결과로 집중 된 이온 빔 스캐닝 전자 현미경 검사법 (FIB-SEM)으로 3 차원으로 수행 될 수 있습니다. 그러나, 전자 현미경 검사법의 어떤 양식든지 가혹한 견본 준비를 요구하고 고정형 세포 또는 조직으로만, 시간이 지남에 따라 화상 진찰 살아있는 견본의 가능성을 제거하.
그들의 진정한 생리학적 3D 성질에서 살아있는 세포에서 표면 및 세포내 분자의 역학을 식별하는 데 필요한 높은 시공간적 분해능을 얻는 기술은 최근에 개발되고 있다. 이러한 기술 중 하나는 격자 빛 시트 현미경 검사법 (LLSM)12,이는 크게 광 표백을 낮추기 위해 구조화 된 빛 시트를 활용. 2014년 노벨상 수상자 에릭 베치그(Eric Betzig)가 개발한 높은 축 해상도, 낮은 광표백 및 배경 잡음, 그리고 시야당 수백 개의 평면을 동시에 이미지화할 수 있는 능력은 LLS 현미경을 광시야, TIRF 및 공초점 현미경12,13,14,15,16,18,18, 19보다우수하게 만듭니다. 이 4차원(x, y, z 및 시간) 이미징 기술은 여전히 회절 제한(~200 nm XYZ 해상도)을 유지하면서 놀라운 시간 해상도(약 100fps의 프레임 속도를 달성하여 프레임당 0.85초로 3D 재구성셀 이미지를 생성함)를 가지고 있습니다.
LLSM은 일반적으로 단일 분자 및 단일 세포 수준에서 임의의 세포 내의 임의의 분자의 실시간 역학을 추적하는 데 사용될 수 있으며, 특히 면역 세포와 같은 매우 운동성 세포에서 그. 예를 들어, 우리는 T 세포 수용체 (TCR) 역학을 시각화하기 위해 LLSM을 사용하는 방법을 여기에 보여줍니다. T 세포는 적응형 면역 계통의 이펙터 세포이다. TRS는 T 세포의 선택, 발달, 분화, 운명 및 기능을 결정하는 항원 제시 세포(APC)의 표면에 표시되는 펩티드-MHC(pMHC) 리간드를 인식하는 책임이 있다. 이 인식은 T 세포와 APC 사이의 인터페이스에서 발생, 면역 시냅스라고 불리는 것을 형성하기 위해 국지적 인 수용체 클러스터링의 결과. 면역 학적 시냅스에서 TCR이 T 세포 이펙터 기능에 필수적이라고 알려져 있지만, 아직 알려지지 않은 시냅스로 실시간 TCR 인신 매매의 기본 메커니즘은 알 수 없습니다. LLSM은 결과 pMHC-TCR 상호 작용으로 시냅스로 인신 매매 전후의 TCR의 역학을 실시간으로 시각화할 수 있게 해 주었으며(그림1). 따라서 LLSM은 TCRs의 조형 역학에 대한 현재의 질문을 해결하고 세포가 자기 항원과 외국 항원을 구별하는 방법을 이해하는 통찰력을 제공하는 데 사용할 수 있습니다.
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5C. B10에서 C7 TCR 형질전환 RAG2 녹아웃 마우스. 배경은 시카고 대학의 기관 동물 관리 및 사용위원회에 의해 승인 된 프로토콜에 따라이 연구에서 사용되었다.
1. 수확 및 T 세포 활성화
참고: 프로토콜의 이 부분은 이전 프로토콜을 기반으로 합니다. 자세한 내용은 인용을 참조하십시오20,21.
2. 세포 준비
3. LLSM 일일 정렬 수행
참고: (중요) 이 정렬 프로토콜은 사용된 LLSM 계측기를 기반으로 합니다(재료 표참조). 각 LLSM은 다를 수 있으며 다른 정렬 전략이 필요합니다, 특히 집에서 지어진 전략. 적절한 루틴 정렬을 수행하고 섹션 4를 계속합니다.
4. LLSM으로 셀 설정
5. 트랙 표면 역학
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여기서, 우리는 1차 마우스 5C의 분리, 준비 및 이미징에 대해 설명한다. 격자 광 시트 현미경을 사용하여 C7 T 세포. 섹션 3 동안, 현미경을 올바르게 정렬하고 수집 후 데이터를 디선볼로 하는 매일 PSF를 수집하는 것이 필수적입니다. 그림 2에서는현미경을 정렬할 때 볼 수 있는 올바른 정렬 이미지를 보여 준다. 그림 2A 및 도 2B는 플루오레세인으로 이미지화될 때 각각 올바른 빔 경로와 빔 정렬을 보여줍니다. 대물 스캔은 XZ 및 YZ 투영에 가능한 한 대칭으로 큰 X 모양을 표시해야 합니다. 또한 가능한 한 X의 작은 크기로 조정해야합니다(그림 2C). 이것은 주로 방출 목표 칼라를 조정하여 달성된다. z galvo...
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제시된 프로토콜은 5C로부터 단리된CD4+ T 세포의 사용을 위해 최적화되었다. LLSM 계측기상 C7 형질전환 마우스가 사용되고, 따라서 다른 세포 시스템 및 LLSM은 다르게 최적화되어야 할 수도 있다. 그러나, 이 프로토콜은 생리적 조건에서 최소한의 왜곡으로 전체 세포에 표면 수용체의 역학을 정량화하는 데 사용될 수 있기 때문에 4D 이미징의 힘을 보여줍니다. 따라서 이 기술의 향후 응용 프로그램에는 여러 가지가 있을 수 있습니다.
중요한 단계는 세포가 적당한 사격량에 정착하는 것을 허용합니다. 너무 많은 APC가 커버슬립에 정착하여 너무 조밀해지면 단일 APC와만 상호 작용하는 T 셀을 찾기가 어렵습니다. T 세포에 여러 시냅스가 있는 경우 데이터의 추적 및 해석이 매우 복잡해질 수 있습니다. 유사하게, 너무 적은 APC가 존재하는 경우에, 시냅스를 형성하는 T 세포를 찾는 것은 또한 어렵습니다. 50,000개의 세포가 10분 동안 정착할 수 있도록 하...
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저자는 공개 할 것이 없다.
우리는 시카고 대학의 비타스 빈도카 박사의 조언과 지도를 인정하고 싶습니다. 우리는 격자 광 시트 현미경을 지원하고 유지에 대한 시카고 대학의 통합 빛 현미경 코어 시설에 감사드립니다. 이 작품은 NIH 뉴 이노베이터 어워드 1DP2AI14245 및 NSF 커리어 어워드 1653782(J.H.)에 의해 지원되었습니다. J.R.은 NSF 대학원 연구 펠로우십 프로그램에 의해 지원됩니다.
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| Name | Company | Catalog Number | Comments |
|---|---|---|---|
| 1 mL 주사기 | BD | 309659 | T 세포 수확 |
| 2-메르캅토에탄올 | Sigma-Aldrich | M3148-25ML | T 세포 배양용 |
| 5 mm 라운드 커버 슬립 | World Precision Instruments | 502040 | 이미징 |
| 용 70um 멸균 세포 스트레이너 | Corning | 7201431 | T 세포 수확 |
| Alexa Fluor 488 안티 마우스 TCR β 체인 항체 | 소 | ||
| 태아 혈청(FBS) | X& 이미징을 위한 BioLegend 109215 Y 세포 배양 | FBS-500 | T 세포 배양을 위한 |
| Ficoll | GE Healthcare | 17-1440-02 | T 세포 수확을 위한 Denisty gradient 시약 |
| 플루오레세인 나트륨 염 | Sigma-Aldrich | F6377 | 현미경 정렬용 |
| FluoSpheres Carboxylate-Modified Microspheres | Thermo Fisher Scientific | F8810 | 현미경 정렬용 |
| Imaris | Bitplane | N/A | 추적 소프트웨어; 추적 소프트웨어를 위한 다른 옵션으로는 Amira 또는 Trackmate(피지)가 있습니다. |
| 격자 광시트 현미경 | 3i | N/A | 현미경 사용 |
| Leibovitz의 L-15 매체, 페놀 레드 | 없음 Thermo Fisher Scientific | 21083027 | 이미징용 |
| L-글루타민 | Thermo Fisher Scientific | 25030-081 | T 세포 배양용 |
| LLSpy | Janelia Research Campus | N/A | LLSpy는 Janelia Research Campus의 Howard Hughes Medical Institute의 라이선스 하에 사용되었습니다. 액세스하려면 innovation@janelia.hhmi.org 문의하십시오. 다른 디콘볼루션 및 디크재잉 방법은 Fiji, Slidebook, Amira 등과 같은 이미지 처리 소프트웨어에서 사용할 수 있습니다. https://llspy.readthedocs.io/en/latest/ |
| 나방 사이토크롬 C(MCC), 서열 ANERADLIAYLKQATK | Elimbio | 맞춤형 합성 | T 세포 수확 |
| Penacillin/Streptamycin | Life Technologies | 15140122_3683884612 | T 세포 배양용 |
| Poly-L-Lysine | Phoenix 연구 제품 | P8920-100ML | 이미징 |
| RBC 용해 버퍼 | eBioscience | 00-4300-54 | T 세포 수확 재 |
| 조합 마우스 IL-2 | Sigma-Aldrich | I0523 | T 세포 배양 |
| RPMI 1640 매체 | 코닝 | MT10040CV | T 세포 배양 |
| 슬라이드 북 | 3i | N/A | LLSM 이미징 소프트웨어 |
| 외과 해부 도구 | Nova-Tech International | DSET10 | T 세포 수확용 |
| T-25 플라스크 | Eppendorf | 2231710126 | T 세포 배양용 |
| Thermo Scientific Pierce Fab 마이크로 준비 키트 | Thermo Fisher Scientific | 44685 | 준비 팹 |
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