January 16th, 2018
최근 우리 라이브 셀에 기본 속눈썹 안쪽 translocating 다양 한 단백질에 대 한 전송 경로의 3 차원 (3D) 공간 위치 매핑. 여기 실험 설정, 생물 학적 샘플의 과정 및 접근을 새로 이미징 3D 슈퍼 해상도 형광에 대 한 데이터 분석에 적용이 종이 세부 기본 속눈썹 살고 있습니다.
이 실험의 전반적인 목표는 1차 섬모에서 단백질 수송 경로를 확인하는 것입니다. 이 방법은 정상 섬모와 역기능 섬모의 단백질 수송 경로 차이와 같은 섬모 분야의 핵심 질문에 답하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이 기술의 주요 장점은 살아있는 세포에서 subdiffraction 단백질 수송 경로를 볼 수 있을 만큼 충분히 높은 해상도를 가지고 있다는 것입니다.
우선, 실험의 1 주 반 전에 섭씨 37 도에서 특별히 설계된 NIH-3T3 세포의 냉동 재고를 해동합니다. 해동된 세포를 3밀리리터의 예열 배지가 들어 있는 25cm 제곱 세포 배양 플라스크로 옮깁니다. 세포를 섭씨 37도로 5% 이산화탄소 인큐베이터에서 유지합니다.
80% 농도에 도달할 때까지 세포를 배양한 다음 세포를 분할합니다. 세포를 분리하려면 섭씨 37도에서 2분 동안 0.25% 트립신으로 트립신화합니다. 짧은 배양 후 트립신을 흡인하고 2ml의 예열 배양 배지로 교체합니다.
배지를 피펫으로 주입하여 세포 클러스터를 분리한 다음 플라스크에서 세포의 75%를 제거하고 총 배지 부피를 최대 3ml까지 가져옵니다. 세포 주기의 균질성을 보장하기 위해 실험 전에 세포를 최소 세 번 분할합니다. 실험 이틀 전에 세포를 분할하고 1.5ml의 동일한 배양 배지가 있는 35mm 유리 바닥판에 60-70% 포화도를 도금합니다.
그런 다음 실험 하루 전에 원하는 플라스미드로 세포를 화학적으로 transfection합니다. 500-1000 나노그램의 플라스미드를 1 대 2.5 비율로 transfection 시약과 0.25 ml의 환원된 혈청 배지와 30분 동안 항생제 없이 혼합합니다. transfection complex가 형성되면 35mm 유리 바닥 접시에서 배지를 흡인하고 0.25mm transfection 혼합물과 항생제를 사용하지 않은 1.25mm의 추가 환원 혈청 배지로 교체하고 플레이트를 인큐베이터로 다시 넣습니다.
외부에 라벨링된 SSTR3 구조체가 있는 세포의 경우 실험 1시간 전에 유리 바닥 접시에서 배지를 제거합니다. PBS 1ml로 세포를 5회 세척하고 Alexa 647 복합 스트렙타비딘 1마이크로몰로 보충된 환원된 혈청 배지 1ml를 추가합니다. 실험 15분 전까지 유리 바닥 접시에서 배지를 제거하고 1ml의 PBS로 세포를 5회 세척합니다.
그런 다음 이미징 버퍼를 1ml의 유리 바닥 접시에 추가합니다. 유리 바닥판을 s에 부착합니다.tage 현미경에서. GFP 필터 세트를 사용하여 GFP Express cell을 찾고 1차 섬모에서 SSTR3-GFP를 적절하게 발현하는 cell을 찾습니다.
적합한 세포를 찾으면 1차 섬모 기저부의 NPHP4-mCherry 스폿을 레이저의 단일 포인트 조명에 해당하는 이미징 평면의 위치에 정렬합니다. snap 기능을 사용하여 초점 제어 창의 카메라 탭에서 녹색 형광 단백질로 태그된 NPHP4-mCherry 및 SSTR3 단백질의 상피 형광 이미지를 캡처합니다. 참조 이미지가 얻어지면 20초 동안 1밀리와트 레이저 조명으로 전이 영역을 광표백하여 표지된 단일 분자의 농도를 국부적으로 줄입니다.
단일 분자 추적을 준비하려면 Alexa 647로 라벨링된 분자에 대해 레이저 조명 출력을 0.5밀리와트로 줄입니다. 게인과 강도를 최대로 설정하고 프레임 속도를 2밀리초로 설정합니다. 그런 다음 초점 제어 창의 카메라 탭에서 스트림 버튼을 클릭하고 적절한 조명 레이저를 작동시킵니다.
광표백되지 않은 표지된 단일 분자가 전이 영역의 광표백 영역을 통해 운반될 때 기록합니다. 그리고 섬모 표류의 영향을 피하기 위해 2분 이하의 비디오를 녹화하는 것을 잊지 마십시오. 단일 분자를 캡처한 후 Gelles 실험실의 Glimpse와 같은 2D 가우스 피팅 알고리즘을 사용하여 비디오를 처리하여 각 단일 분자의 여기점, 확산 함수 및 포괄하는 관심 영역의 중심을 정확하게 국소화합니다.
마지막으로, 10나노미터 이상의 정밀도로 모든 단일 분자 위치를 선택하고 2D 가우스 함수와 일치하는 단일 분자 위치의 분포를 기반으로 섬모의 중심을 수정합니다. 이 비디오에 설명된 바와 같이 단일 포인트 조명을 사용하여 NPHP4-mCherry로 표시된 전이 영역을 통해 SSTR3 분자가 태그된 AF647을 추적할 수 있습니다. 데이터 분석 전에 광시야 조명에 단일 분자 비디오를 겹쳐 놓는 것은 레이저가 올바르게 정렬되었는지, 적절한 신호 대 잡음비가 있는지 확인하는 데 유용한 검증 단계입니다.
여기에서 이미지화한 것은 염색에 의해 식별된 원발성 섬모가 있는 세포입니다. IFT20은 Arl13b-mCherry로 표시된 1차 섬모 내부의 미세소관을 따라 화물을 운반하는 편모 내 운송 복합체의 구성 요소입니다. 일단 확인되면 속도 현미경 검사를 사용하여 개별 IFT20-GFP 단백질을 추적합니다.
다음으로, 2D에서 3D로의 변환 알고리즘을 사용하여 1차원을 따라 일차 섬모 내부 단백질의 공간 확률 밀도 분포를 생성합니다. 이 고밀도 영역은 편모내 수송 경로의 알려진 위치와 일치하는 축삭 미세소관과 공동 국소화될 가능성이 있습니다. 이 절차를 시도하는 동안 시스템 오류를 최소화하기 위해 샘플을 레이저와 정확하게 정렬하는 것이 중요합니다.
이 동영상을 시청한 후에는 속도 현미경으로 단일 분자 추적을 수행하는 방법을 잘 이해하게 될 것이며 1차 섬모에서 단일 분자 수송 경로를 얻는 방법을 알게 될 것입니다.
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이 연구는 초해상도 형광 이미징을 사용하여 1차 섬모에서 단백질 수송 경로의 3차원(3D) 공간 위치를 매핑하는 데 중점을 둡니다. 실험 설정 및 데이터 분석을 상세히 설명하여 생체 세포에서의 단백질 수송에 대한 통찰력을 제공합니다.
Mapping protein transport routes in primary cilia addresses a critical gap in understanding ciliary signaling mechanisms relevant to ciliopathies and neurodevelopmental disorders. High-speed super-resolution SPEED microscopy enables real-time single-molecule tracking in live cells, providing quantitative spatial data that supports target validation and mechanistic de-risking in early discovery. This capability enhances predictive confidence in identifying druggable nodes within ciliary signaling pathways.
Positioned within the discovery continuum, SPEED microscopy supports hypothesis testing in early discovery, enables assay-ready systems for screening, and provides quantitative spatial analytics that inform lead identification and preclinical progression.