Metodyka
Opis mikroskopu
Eksperymenty z obrazowaniem żywych komórek przeprowadzono przy użyciu systemu epi-fluorescencyjnego TE-FM przymocowanego do odwróconego mikroskopu Nikon Eclipse TE30. Mikroskop jest wyposażony w podgrzewany stolik. Do mikroskopu dołączono czarno-białą cyfrową kamerę CCD CoolSnap HQ (Roper Scientific) oraz optyczny zmieniacz filtrów LAMDA 10-2 (Sutter Instrument Company). Długości fal wzbudzenia i emisji są regulowane za pomocą kół filtracyjnych i sterowane kontrolerem kół filtracyjnych Lamba 10-2 (Sutter Instruments Co). Czas ekspozycji 50 ms powinien być wystarczający do obserwacji RFP lub GFP w żywych komórkach. Sterowanie sprzętem i akwizycja obrazów odbywają się za pomocą oprogramowania Metamorph. W niniejszym badaniu wybrano następujące zestawy filtrów: S480/20x, S525/40m oraz S565/25x, S620/60m odpowiednio dla GFP i RFP; podwójny dichroik EGFP/DsRed, Chroma Technology. To koło filtracyjne może pomieścić do sześciu zestawów filtrów. Mikroskop jest wyposażony w kontroler stolika Prior Proscan z joystickiem. Wszystkie te akcesoria sprzętowe mogą być sterowane za pomocą oprogramowania Metamorph. Mikroskop jest również wyposażony w mikromanipulatory do utrzymywania mikropipet.
A. Pomiar migracji komórek dendrytycznych indukowanej leukotrienem B4
Wykorzystując opisane powyżej ustawienia mikroskopu, opracowaliśmy metody śledzenia migracji komórek dendrytycznych kierowanej ligandem w czasie rzeczywistym. Do mikroskopu przymocowano dwa mikromanipulatory (Narishige). Zarejestrowano chemotaksję komórek dendrytycznych pochodzących z szpiku kostnego myszy (BMDCs) w kierunku gradientu LTB4. W niniejszym opracowaniu opisujemy metody przygotowania mikropipet przy użyciu wyciągacza mikropipet, napełniania mikropipety ligandem oraz konfiguracji eksperymentu chemotaksji na podgrzewanym stoliku mikroskopu w celu monitorowania kierunkowej migracji komórek. Metoda ta może być zastosowana do testowania skuteczności różnych chemoatraktantów w indukowaniu migracji, a także wpływu inhibitorów chemotaksji w żywych komórkach. Izolacja BMDCs21 z myszy została opisana w kilku publikacjach, w tym w JoVE2.
1. Przygotowanie BMDC
- Wysiać BMDC (po 10 dniach hodowli) na szalki Fluoro z dnem z dekilka i pozostawić do wzrostu na 16 h przed eksperymentem.
- Przemyć komórki 3 mL 1X PBS co najmniej 2 razy (poprzez dodanie 3 mL 1X PBS do szalki i odessanie buforu).
- Dodać 2 mL 1X PBS do szalki. Komórki są teraz gotowe do eksperymentu. Przed rozpoczęciem badania przechowywać komórki w inkubatorze w temperaturze 37 °C.
Przygotowanie mikropipety załadowanej ligandem:
- Zamocuj szklane rurki kapilarne (Glass standard, 0.75 mm x 0.4 mm; 6", Cat# 62550, A.M. Systems, INC) w pionowym wyciągaczu do mikropipet (Narishige International USA, Inc).
- Utrzymaj temperaturę na poziomie 52 °C, aby szkło stopiło się i rozciągnęło, tworząc ostre końcówki.
- Zamocuj pipetę w uchwycie do mikro-pipet.
- Wygładź chropowate krawędzie mikro-pipety za pomocą Micro forge M-90 (Narishige International USA, Inc), obserwując proces pod mikroskopem.
- Przygotuj co najmniej 10-20 pipet dla każdego eksperymentu.
Uwaga: Mikro-pipety można również zakupić w firmie World Precision Instruments (μ TIP, T1801TW1F).
- Przenieś pożądane stężenie ligandu (w obecnym eksperymencie 50 μL 10 nM LTB4) do probówki eppendorfowskiej o pojemności 1 mL, zanurz końcówkę mikro-pipety w roztworze i pozwól roztworowi wniknąć do mikro-pipety (napełnianie wsteczne).
- Pobierz 1 mL ligandu do strzykawki (strzykawka tuberkulinowa 1 cc) i powoli wprowadź ligand do mikro-pipety od góry, używając igły Micro-Fill (MF 28G-5, World Precision Instruments).
- Podłącz przewód, który ściśle przylega do pipety, łącząc go z pipetą oraz z igłą (21 G 1/2) przymocowaną do strzykawki 1 mL wypełnionej ligandem.
- Następnie ostrożnie przenieś wypełnioną ligandem mikro-pipetę na stolik mikroskopu i zamocuj ją w mikromanipulatorach.
- Wywrzyj lekki nacisk strzykawką, aby upewnić się, że ligand powoli uwalnia się z końcówki.
- Umieść płytkę z niedojrzałymi BMDCs pod mikroskopem, ustawiając je na podgrzewanym stoliku (37 °C).
- Zdejmij pokrywkę z naczynia fluorowego.
- Ustaw ostrość na komórkach, używając obiektywu immersyjnego 60X.
- Ostrożnie zbliż naładowaną ligandem pipetę do komórek, korzystając z manualnego manipulatora grubościanowego 'Coarse Manual Manipulator MN-18NE'.
- Ustaw precyzyjne położenie pipety za pomocą hydraulicznego mikromanipulatora precyzyjnego 'Hydraulic Fine Micromanipulator MN-18 NE'.
- Wywrzyj lekki nacisk strzykawką, aby upewnić się, że ligand uwalnia się do naczynia.
- Ustaw parametry akwizycji obrazu, aby rejestrować zdjęcia w jasnym polu (ekspozycja 10 ms) co 15 s przez 2 h, korzystając z oprogramowania Metamorph.
- Monitoruj postęp migracji w kierunku ligandu co 30 min.
- Jeśli komórki zgromadzą się zbyt gęsto przy końcówce pipety, zmień położenie końcówki na płytce, aby kontynuować eksperyment migracyjny.
B. Pomiar interakcji GPCR (BLT1) i białek cytozolowych (β-arrestyny) oraz ich translokacji w żywych komórkach
1. Przygotowanie konstruktów plazmidowego DNA
Szczegóły konstrukcji plazmidów DNA zostały opisane w pracy Jala et al. (205)18.
2. Transfekcja ludzkiego BLT1-RFP i β-Arrestyny-GFP do komórek RBL-2H3
- Hodować komórki linii Rat Basophilic Leukemia (RBL-2H3) (konfluencja 60-70%) w temperaturze 37 °C w nawilżonej atmosferze składającej się z 95% powietrza i 5% CO2 jako kultury monowarstwy w pożywce wzrostowej (DMEM uzupełniony o 15% FBS, 2 mM L-glutaminy, 10 U/mL penicyliny i 10 μg/mL streptomycyny) w kolbach T75.
- Odczepić komórki z naczyń/kolb, używając 6 mL trypsyny-EDTA (0,05% trypsyny, 0,53 mM EDTA) i inkubując przez 5 min w temperaturze 37 °C w nawilżonej atmosferze 95% powietrza i 5% CO2. Delikatnie potrząsać kolbami, aby monitorować stopień odczepienia komórek.
- Dodać 6 mL pożywki wzrostowej do kolby zawierającej 6 mL trypsyny-EDTA i zebrać komórki, mieszając je poprzez wielokrotne pipetowanie w górę i w dół. Przenieść komórki do probówek Falcon 15 mL.
- Policzyć komórki za pomocą hemocytometru, odmierzyć 4 x 106 komórek do probótek wirówkowych 15 mL, odwirować przy 480g przez 3 min i resuspendować w 20 μL pożywki do transfekcji (DMEM, 20% FBS, 50 mM HEPES). W przypadku planowania 3 transfekcji, odpowiednio przygotować komórki i pożywkę do transfekcji, zwiększając liczbę komórek oraz objętość pożywki.
- Przygotować plazmidy do transfekcji w stężeniu co najmniej 1,5 μg/μL. Plazmid DNA przygotowujemy przy użyciu zestawu QIAGEN Maxi DNA plasmid kit. Dodać pojedyncze lub oba plazmidy DNA kodujące ludzkie BLT1-RFP (25 μg) i β-arrestin1-GFP (15 μg) do sterylnych kuwet do elektroforezy (Bio-Rad # 165208) z przerwhetherą między elektrodami wynoszącą 0,4 cm.
- Odmierzyć 20 μL wyżej resuspendowanych komórek i umieścić je w kuwetach zawierających hBLT1-RFP, β-arrestin1-GFP lub oba plazmidy jednocześnie, a następnie delikatnie wymieszać sterylną pipetą 1 mL.
- Pozostawić powyższe kuwety w temperaturze pokojowej przez 10 min.
- Przeprowadzić elektroporację komórek w urządzeniu Gene Pulser II przy napięciu 250 v i pojemności 50 μF.
- Po elektroporacji pozostawić komórki w temperaturze pokojowej przez 10 min.
- Odmierzyć 1 mL zwykłej pożywki wzrostowej i wymieszać ją z elektroporowanymi komórkami w kuwetach.
- Rozdzielić 30 μL tej mieszaniny do 35 mm szklanych naczyń hodowlanych z dnem (Fluoro dish, World Precision Instruments) zawierających 2 mL zwykłej pożywki wzrostowej i inkubować przez 1 h w temperaturze 37 °C w nawilżonej atmosferze 95% powietrza i 5% CO2. Pozwolić komórkom przywrzeć do dna naczynia.
- Po 1 h inkubacji wymienić pożywkę na zwykłą pożywkę wzrostową i pozwolić komórkom rosnąć w temperaturze 37 °C w inkubatorze z nawilżoną atmosferą 95% powietrza i 5% CO2 przez 18-24 h.
3. Obrazowanie żywych komórek
Pozyskiwanie obrazów
- Po 18-24 godzinach przemyć komórki 2 lub 3 razy za pomocą 2 mL ciepłego medium RPMI bez czerwieni fenolowej zawierającego 10 mM HEPES, pH 7,5 (dodać 2 mL ciepłego medium bezpośrednio na płytkę, a następnie odessać medium; powtórzyć 2 lub 3 razy). Dodać 1,8 mL ciepłego medium RPMI bez czerwieni fenolowej zawierającego 10 mM HEPES.
- Umieścić 30 mm naczynia hodowlane z przeszklonym dnem zawierające komórki RBL-2H3, przetransfekowane hBLT1-RFP i β-arrestin1-GFP, na podgrzewanym stoliku mikroskopu (37 °C).
- Przechwycić obrazy komórek przy powiększeniu 60x, używając obiektywu 60X Nikon Plan Apo 60X/1.4 z aperturą numeryczną do imersji olejowej (dostępnego w naszym systemie mikroskopowym).
- Nanieść jedną kroplę oleju na soczewkę obiektywu 60x i ustawić ostrość na komórkach w zwykłym jasnym polu prześwietlenia, dotykając dna płytki.
- Aby monitorować fluorescencję przetransfekowanych białek, przełączyć z jasnego pola (światło przechodzące) na filtr fluorescencyjny (filtr RFP, aby zobaczyć receptor, lub GFP, aby zobaczyć β-arrestin1).
- Wybrać jasną i zdrową komórkę wykazującą ekspresję hBLT1-RFP na powierzchni komórki przy użyciu filtra RFP i wykonać zdjęcie.
- Następnie przełączyć na filtr GFP i upewnić się, że β-arrestin-GFP jest wykazany w cytoplazmie, a następnie wykonać zdjęcie. Następnie nadać pseudokolory obu obrazom przed wykonaniem obrazowania time-lapse żywych komórek, aby upewnić się, że między RFP a GFP nie występuje przenikanie fluorescencji.
- Po wyborze komórki ustawić parametry zgodnie z celem badania za pomocą oprogramowania (w tym przypadku oprogramowania Metamorph).
- W niniejszej demonstracji obrazy 16-bitowe są pozyskiwane przy binningu kamery ustawionym na 1 X 1 w połączeniu z obiektywem 60X Nikon Plan Apo 60X/1.4 z aperturą numeryczną do imersji olejowej.
- Zbierać obrazy fluorescencyjne dla fluorochromów RFP i GFP jednocześnie w odstępach czasowych 30 s (jeśli translokacja/interakcje zachodzą zbyt szybko, można zmniejszyć odstępy czasowe), korzystając z kół filtrowych sterowanych przez oprogramowanie Metamorph.
- Czas ekspozycji kamery ustawiono na 10 msec dla RFP i GFP (ustawić konkretne czasy ekspozycji zgodnie z intensywnością fluorescencji RFP i GFP).
- Najpierw zebrać obrazy przez 1 min bez dodawania ligandu, co służy jako punkt czasowy 0.
- Po 1 min dodać 20 μL ligandu (z roztworu stokowego 10 μM do stężenia końcowego 1 μM), nie naruszając płytki ani pozycji komórki.
- Obrazy fluorescencyjne są zbierane przez 60 min po dodaniu ligandu i zapisywane jako obrazy TIFF z rosnącą kolejnością nazw plików.
- Wszystkie te pliki mogą zostać przekształcone w pliki typu stack (stosy) z poszczególnymi lub połączonymi obrazami fluorescencyjnymi ze znacznikami czasu za pomocą oprogramowania.
Przetwarzanie obrazów oraz ilościowe określanie fluorescencji białek i ich lokalizacji
- Należy wykonać zdjęcia samego medium (bez komórek) przy użyciu filtrów fluorescencyjnych RFP i GFP, a następnie zapisać je jako obrazy tła. Obrazy te posłużą do odjęcia tła od faktycznych obrazów danych uzyskanych powyżej.
- Należy przygotować stosy obrazów oddzielnie dla kanałów RFP i GFP.
- Należy wybrać/zdefiniować poszczególne obszary (powierzchniowe vs cytozolowe), aby zmierzyć intensywność fluorescencji RFP i GFP (translokacja BLT1 i β-arrestyny).
- Należy wykreślić wartości intensywności fluorescencji jako funkcję czasu. Wykres ten dostarczy informacji o kinetyce translokacji danej cząsteczki.
Reprezentatywne wyniki
A. Pomiar migracji komórek dendrytycznych ukierunkowanej przez leukotrien B4
Metoda opisana w niniejszym protokole została zastosowana do określenia migracji komórek dendrytycznych w kierunku leukotrienu B4 (Rysunek 1 i załączony film 1)21. Podobną metodologię można zastosować w celu określenia zdolności chemotaktycznej żywych komórek w odpowiedzi na konkretny ligand.

Rysunek 1. Migracja komórek dendrytycznych pochodzących z szpiku kostnego myszy w kierunku 10 nM LTB4.
Wideo 1. Migracja żywych komórek BMDC w kierunku LTB4. Kliknij tutaj, aby obejrzeć wideo.
B. Pomiar oddziaływań GPCR (BLT1) i białek cytozolowych (β-arrestyna) oraz ich translokacji w żywych komórkach
Po zakończeniu tej procedury można uzyskać następujące informacje na temat zdarzeń sygnałowych GPCR.
- Lokalizacja GPCR, białek cytozolowych oraz jądra komórkowego (Rysunek 2).
- Indukowana ligandem interakcja powierzchniowych GPCR (w tym przypadku BLT1) z białkiem cytozolowym (w tym przypadku β-arrestyną) (Rys. 3).
- Kinetyka internalizacji receptorów i translokacji β-arrestyny do błony, a następnie jej internalizacji wraz z receptorami (Rysunek 4) (Jala et al. 205)18.
- Możliwe jest określenie stanu aktywacji receptorów zależnego od ligandu w żywych komórkach (załączony wideo 2) oraz zidentyfikowanie krytycznych motywów lub procesów zaangażowanych w aktywację receptora (Jala et al. 205)18.

Rysunek 2. Ekspresja BLT1-RFP (A), β-arrestyny-GFP (B), pNuc-CFP (C) w komórkach RBL-2H3. Kolorowy obraz złożony przedstawiono w panelu D.

Rycina 3. Indukowana ligandem translokacja receptora i β-arrestyny. Przedstawiono skan liniowy intensywności fluorescencji w komórkach.

Rycina 4. Kinetyka internalizacji receptora i translokacji β-arestyny po dodaniu 1 μM LTB4Intensywności fluorescencji mierzono w funkcji czasu w obrębie błony komórkowej oraz cytozolu komórki.
Wideo 2 Obrazowanie na żywo komórek wykazujących ekspresję BLT1-RFP i β-arrestin-GFP po dodaniu 1 μM LTB4. Kliknij tutaj, aby obejrzeć wideo