Om geschikte beeldvormingscondities vast te stellen voor 3D STED-nanoscopie in vleugelimaginale schijven, hebben we eerst een standaard immunofluorescentiekleuring uitgevoerd van Wg en het aan het apicale membraan geassocieerde eiwit Dlp. Wg werd gedetecteerd met Alexa Fluor 594, terwijl Dlp werd gelabeld met STAR635P, twee fluorforen die compatibel zijn met STED-nanoscopie (Figuur 3). Beelden werden verkregen zonder STED-depletie om beelden van confocale kwaliteit te verkrijgen, en met STED-depletie voor superresolutie-beeldvorming met gebruik van de instellingen beschreven in stap 2.3 (Figuur 3).
Een directe vergelijking van hetzelfde weefselgebied, gefotografeerd onder confocale en STED-condities als xz-doorsneden, toonde de aanzienlijke toename in ruimtelijke resolutie aan die wordt geboden door 3D STED-nanoscopie (Figuur 3A–D′). Structuren die in confocale beelden verschenen als langwerpige signalen (Figuur 3A,A′, en Figuur C,C′) werden in STED-modus opgelost in meerdere afzonderlijke puncta (Figuur 3B,B′, en Figuur D,D′). Deze verbetering werd waargenomen in zowel de Alexa Fluor 594- als de STAR635P-kanalen en werd gebruikt om de kleurings- en beeldgevingsparameters te optimaliseren om de hoogst mogelijke signaalkwaliteit en isotrope resolutie in intact wing disc-weefsel te bereiken.
Vervolgens hebben we de Wg-opnametest15 gecombineerd met farmacologische inhibitie om het transport van Wg bij het apicale membraan en de recycling ervan via clathrine-afhankelijke endocytose te onderzoeken. We gebruikten een vliegenlijn met endogeen getagd Wg::GFP20, waardoor detectie van extracellulair Wg::GFP met anti-GFP-antilichamen mogelijk was, terwijl de compatibiliteit met aanvullende antilichamen afkomstig van muizen behouden bleef.
Vleugel-imaginale schijven werden behandeld met Dynasore 2-24, een dynamine-remmer die gericht is op clathrine- en dynamine-afhankelijke endocytose21,22, en vervolgens onderworpen aan de Wg-opname-assay. Extracellulair Wg::GFP werd gelabeld met anti-GFP-antilichamen om de internalisatie te monitoren, terwijl anti-Dlg1-kleuring werd gebruikt om de weefselmorfologie te visualiseren. Wg werd gedetecteerd met Alexa Fluor 594 en afgebeeld in STED-modus, terwijl Dlg1 werd gelabeld met STAR635P (Figuur 4). Met DMSO behandelde controleschijven vertoonden progressieve internalisatie van Wg::GFP gedurende de opname-assay, waarbij het geëndocyteerde signaal werd gedetecteerd tot een diepte van ongeveer 14 µm (Figuur 4A,A′). Het experiment werd onafhankelijk tweemaal herhaald volgens de protocollen beschreven in secties 1 en 2 (Figuur 4B,C). In het eerste replica hief behandeling met 5 µM Dynasore2-24 de Wg-opname volledig op (n = 4; Figuur 4B,B′). In het tweede replica was de Wg-internalisatie verminderd maar niet geëlimineerd (n = 4; Figuur 4C,C′), waarbij de maximale penetratiediepte afnam tot ongeveer 5 µm.
Dergelijke variabiliteit wordt vaak waargenomen bij experimenten met farmacologische inhibitie en weerspiegelt waarschijnlijk verschillen in de effectiviteit of timing van de inhibitor. Onvolledige inhibitie, beperkte weefselpenetratie van de inhibitor, herstel van endocytose tijdens de assay, of vertragingen veroorzaakt door de zuurwassing en fixatiestappen kunnen allemaal bijdragen aan residuele Wg-internalisatie. Desondanks lieten beide experimenten consequent een duidelijke afname zien in Wg-opname en penetratiediepte vergeleken met de DMSO-controles, wat wijst op een succesvolle inhibitie van endocytose. Deze bevindingen benadrukken tevens dat een nauwkeurige timing gedurende het hele protocol essentieel is voor reproduceerbare resultaten.
Residueel membraangeassocieerd signaal na zuurstripping werd af en toe waargenomen en vertegenwoordigt waarschijnlijk Wg::GFP-moleculen die al vroege endocytische putjes waren binnengekomen en daarom onbereikbaar waren voor verwijdering door antilichamen23,24,25.
Samen tonen deze experimenten aan dat de combinatie van de Wg-opnameassay met farmacologische perturbatie en 3D STED-nanoscopie visualisatie van membraantransportdynamiek in intacte vleugel-imaginale schijven mogelijk maakt. Daarnaast identificeren ze belangrijke parameters voor een succesvolle implementatie van het protocol, waaronder geschikte fluorofoor- en antilichaambinaties, geoptimaliseerde inhibitorbehandeling, strikte timing van de opnameassay en onmiddellijk monteren van de monsters voorafgaand aan de beeldvorming.

Figuur 1: Workflow van de methode. Het volledige protocol kan binnen 3 dagen worden voltooid. Optioneel kan de incubatie met het secundaire antilichaam op dezelfde dag worden uitgevoerd. Gedetailleerde procedures worden beschreven in de sectie Protocol. AB: antilichaam. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 2: Uitdagingen bij het mounten van Drosophila-vleugelschijven voor 3D STED. In het bovenste paneel wordt de vereiste oriëntatie van de vleugelschijven geïllustreerd. Voor de analyse van Wg-secreterende cellen is het essentieel dat de DV-grens perfect verticaal is uitgelijnd in het oculairbeeld. Deze uitlijning maakt het mogelijk om het camerabeeld naar het orthogonale vlak te roteren, waardoor de gewenste celpopulatie nauwkeurig kan worden getarget. Het onderste paneel toont de praktische opstelling die is gebruikt voor het hanteren van de vleugelschijven tijdens de beeldvorming. De vleugelschijven werden gemonteerd in ronde Petrischalen met een 1.5H glazen dekglasbodem. Het oppervlak van het dekglas werd gecoat met poly-L-lysine om de hechting van het weefsel te vergemakkelijken. Het ronde ontwerp van de schaal maakt rotatie binnen de microscophouder mogelijk, wat een nauwkeurige verticale uitlijning van de DV-grens mogelijk maakt, zoals vereist voor de beeldvorming. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 3: Vergelijking van confocale en 3D STED-beeldvorming bij de DV-grens van Drosophila vleugelschijven. (A) Confocale afbeelding van Wg-secreterende cellen bij de DV-grens, weergegeven in het XZ-vlak. Anti-Wg kleuring werd gedetecteerd met Alexa Fluor 594. (A’) Vergroting van het aangegeven gebied met langgerekte signalen (pijltjes) in het apicale membraangebied. (B,B’) Hetzelfde gebied vastgelegd door 3D STED-nanoscopie. Het Alexa Fluor 594-signaal wordt getoond. Vergeleken met confocale beeldvorming lost 3D STED de langgerekte signalen op in duidelijke puncta en onthult het meerdere individuele signalen (pijltjes). (C) Confocale afbeelding van het STAR635P-kanaal van hetzelfde specimen als getoond in A en B. Als voorbeeld werd Dlp gedetecteerd met een STAR635P-geconjugeerd secundair antilichaam, waarbij het apicale membraan wordt geaccentueerd. (C’) Vergroting die langgerekte signalen in de confocale afbeelding laat zien. (D) 3D STED-afbeelding van hetzelfde gebied als getoond in C. (D’) Vergroting die aantoont dat de brede, langgerekte signalen waargenomen met confocale microscopie door 3D STED-beeldvorming worden opgelost in duidelijke puncta. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.

Figuur 4: Combinatie van chemische inhibitie met de Wg-opname-assay in Drosophila vleugelimaginale schijven gevisualiseerd via 3D STED. (A,A’) Representatieve DMSO-behandelde controleschijf (n = 5). Extracellulair Wg::GFP (grijs) is efficiënt gelabeld, en geïnternaliseerd Wg::GFP wordt intracellulair gedetecteerd (pijlpuntjes). Dlg1 (magenta) markeert de weefselmorfologie en de apicale regio van de eigenlijke schijf. (B,B’) Representatief monster uit replica 1 behandeld met 5 µM Dynasore2-24 om clathrine- en dynamine-afhankelijke endocytose te inhiberen (n = 4). Het Wg::GFP-signaal is verdwenen na de opname-assay. (C,C’) Representatief monster uit replica 2 behandeld met 5 µM Dynasore2-24 (n = 4). Residu Wg::GFP-signaal blijft detecteerbaar nabij het apicale oppervlak (pijlpuntjes), maar het intracellulaire signaal is beperkt tot de eerste ongeveer 5 µm van het weefsel, vergeleken met ongeveer 14 µm in DMSO-behandelde controles (meetbalken in A en C). Dlg1 (magenta) dient als morfologische referentie. Klik hier om een grotere versie van deze figuur te bekijken.
| Instellingen | Alexa Fluor 594-kanaal | STAR635P-kanaal |
| Doelstelling | 86x/1,2 HC PL APO CS2 (water) | 86x/1,2 HC PL APO CS2 (water) |
| Pixelgrootte | 37 nm × 37 nm | 37 nm × 37 nm |
| Inzoomen | 1.2 | 1.2 |
| Detectievenster | 3072 × 1536 pixels | 3072 × 1536 pixels |
| Lijngemiddelde | 1 | 1 |
| Lijnaccumulatie | 16 | 16 |
| Scansnelheid | 100–200 | 100–200 |
| Pinholegrootte | 70 μm | 70 μm |
| Excitatielaserlijn | 580 nm | 638 nm |
| Intensiteit van de excitatielaserlijn | 4%–10% (afhankelijk van het monster) | 8%–10% (afhankelijk van het monster) |
| Detector | HyD X2, 595–625 nm | HyD X4, 650–740 nm |
| Tau-gating excitatielaser | 0,5–8 ns | 0,5–8 ns |
| Depletielaserlijn | 775 nm | 775 nm |
| Vermogen van de uitputtingslaser | 65-75% (afhankelijk van het monster) | 65-75% (afhankelijk van het monster) |
| Beeldbewerking op basis van levensduur (τ-STED) | τ-Sterkte: 10 | τ-Sterkte: 10 |
| τ-Achtergrondonderdrukking: actief | τ-Achtergrondonderdrukking: actief |
| Afvlakking: 0 | Afvlakking: 0 |
Tabel 1: Gedetailleerde microscoopinstellingen voor fluoroforen bij een STELLARIS SP8-microscoop. We hebben de door ons gebruikte instellingen voor de fluoroforen Alexa Fluor 594 en Star635P vermeld.