Immunofluorescentie is een hoeksteentechniek van de moderne celbiologie, oorspronkelijk ontwikkeld door Albert Coons, die de detectie van moleculen in hun oorspronkelijke cellulaire compartimenten en karakterisering van de moleculaire samenstellingen van subcellulaire organellen of machinerieën mogelijk maakt. In combinatie met genetische manipulaties helpt immunofluorescentie bij het vestigen van het nu algemeen aanvaarde concept dat eiwitlokalisatie essentieel is voor zijn functie2. Afgezien van specifieke primaire antilichamen en heldere fluorescerende kleurstoffen, is het succes van deze techniek afhankelijk van een voorbereidend proces genaamd fixatie en permeabilisatie, dat cellulaire morfologieën behoudt, antigenen immobiliseert en de toegankelijkheid van antilichamen in intracellulaire compartimenten vergroot. Het is onvermijdelijk dat het fixatie- en permeabilisatieproces cellen zou doden en alle biologische processen zou beëindigen3. Daarom biedt immunofluorescentie alleen momentopnamen van de levensreis van eiwitten. Veel biologische processen, zoals celmigratie en -delingen, zijn echter dynamisch van aard en vereisen onderzoek naar eiwitgedrag op een ruimtelijk-temporeel opgeloste manier 4,5.
Om de eiwitdynamiek in levende organismen te onderzoeken, zijn live beeldvormingsmethoden ontwikkeld op basis van genetisch gecodeerde fluorescerende eiwitten zoals groen fluorescerend eiwit (GFP)6 en hogesnelheidsconfocale microscopen. Kortom, het eiwit van belang kan genetisch worden gemanipuleerd om te worden gefuseerd met GFP7 en vervolgens ectopisch tot expressie worden gebracht uit virale of gistpromotors zoals cytomegalovirus (CMV)8 of stroomopwaartse activeringssequentie (UAS)9. Omdat GFP autofluorescerend van aard is, zijn er geen fluorofoorgekoppelde antilichamen nodig om de lokalisatie van doeleiwitten te onthullen, wat de noodzaak van voorbereidende processen van fixatie of permeabilisatie omzeilt. In de afgelopen twee decennia zijn fluorescerende tags ontwikkeld die het hele spectrum van golflengten bestrijken10, waardoor meerkleurige live-beeldvorming van verschillende doeleiwitten tegelijkertijd mogelijk is. In vergelijking met chemisch gemanipuleerde fluorescerende kleurstoffen zoals AlexaFluor of ATTO, is de autofluorescentie van deze genetisch gecodeerde fluorescerende eiwitten echter relatief zwak en onstabiel wanneer ze tot expressie worden gebracht door endogene promotors, vooral tijdens live beeldvorming over langere tijdschalen10. Hoewel dit tekort kan worden verzacht door fluorescerend gelabelde doeleiwitten tot overexpressie te brengen, verstoren veel enzymatische activiteiten zoals kinasen en fosfatasen de normale biologische processen ernstig als ze niet op fysiologisch niveau tot expressie worden gebracht.
Dit protocol presenteert een methode die fototabele, op antilichamen gebaseerde doelverlichting mogelijk maakt in een live-beeldopstelling, waardoor in wezen immunofluorescentie mogelijk is zonder het proces van fixatie of permeabilisatie (Figuur 1). Door middel van een eenvoudige, op NHS gebaseerde primaire aminereactie11 kan men fluorescerende kleurstoffen zoals AlexaFluor 488 of 594 conjugeren met in wezen elk primair antilichaam of GFP/HA/Myc nanobody12. Door gebruik te maken van een ontwikkelingskenmerk dat alle embryonale cellen van Drosophila een gemeenschappelijk cytoplasma delen tijdens het syncytiumstadium13, kan men antigeenbinding en verlichting bereiken over hele embryo's na de injectie van kleurstofgeconjugeerde antilichamen. Met groeiende bibliotheken van endogeen gelabelde eiwitten die beschikbaar zijn in Drosophila en andere modelsystemen14, kan deze methode mogelijk de toepassingen van deze bibliotheken verbreden door de dynamiek van fluorescerend gelabelde eiwitten met een lage abundantie en andere niet-fluorescerend gelabelde (HA/Myc-gelabelde) eiwitten in levende weefsels te onthullen.