$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Pobieranie zarodków do testu fotokonwersji
Po skrzyżowaniu transgenicznych danio pręgowanego wykazujących PCFP, wybierane są najjaśniejsze, czyli homozygotyczne zarodki, które są hodowane w temperaturze 28,5 °C aż do pożądanego stadium embrionalnego15.
Uwaga 1: Ta preselekcja pozwoli na skanowanie zarodków za pomocą niskiej mocy lasera, zapobiegając w ten sposób fototoksyczności i fotowybielaniu.
Uwaga 2: Sugerujemy używanie światła o niskiej intensywności podczas wizualizacji zarodków i utrzymywanie ich w ciemnych warunkach ze względu na wysoką wrażliwość PCFP, takich jak Kaede i KikGR, na ekspozycję na światło, w tym światło dzienne.
2. Osadzanie
- W szklanym pojemniku z wodą jajeczną zdechorionować zarodki pod mikroskopem stereoskopowym za pomocą kleszczy.
- Znieczulenie zarodków poprzez przeniesienie zdekorionowanego zarodka do 0,16 mg/ml roztworu trikainy (etylester kwasu 3-aminobenzoesowego, Sigma-Aldrich) (40 μl roztworu podstawowego 4 mg/ml w 1 ml pożywki E3 1X).
Uwaga 1: Przenieś zarodki za pomocą szklanej pipety lub końcówki (P1000), aby zminimalizować ryzyko uszkodzenia zarodków.
Uwaga 2: Młode zarodki z dekorionacją nie powinny być wystawiane na działanie powietrza ani podnoszone na styk woda/powietrze, ponieważ jaja łatwo pękają pod wpływem naprężeń mechanicznych.
- Przenieść znieczulony zarodek na pokrywę szalki hodowlanej i utrzymywać zarodek w możliwie najmniejszej objętości pożywki.
- Przenieść zarodek do agarozy przez pipetowanie zarodka z 1% agarozą o niskiej temperaturze topnienia (LMA, Lonza) w temperaturze 30 °C zawierającej 0,16 mg/ml trikainy i umieścić go na szkle nakrywkowym naczynia hodowlanego ze szklanym dnem (MatTek Corp., Ashland, MA, USA). Następnie zorientuj zarodek za pomocą gładkiej plastikowej końcówki (np. naciętej końcówki do pipety Microloader, Eppendorf) i, gdy LMA ulegnie polimeryzacji, przykryj agarozę roztworem trikainy o stężeniu 0,16 mg/ml.
Uwaga 1: Rozpuść 1% LMA w temperaturze 60 °C i utrzymuj stopioną agarozę w temperaturze 30 °C.
3. Konwersja zdjęć
- Na odwróconym mikroskopie konfokalnym wyposażonym w źródło laserowe o długości fali 405 nm, 488 nm i 561 nm, takim jak Zeiss LSM 710, wizualizuj próbkę za pomocą skanu z-Stack obejmującego całą strukturę próbki, która ma być fotokonwertowana i śledzona później za pomocą lasera 488 nm (tj. laser Ar o mocy 30 mW, o intensywności 5-7%, detektor ustawiony na 493-540 nm) i lasera 561 nm (tj., laser DPSS 561 o mocy 10 mW, o intensywności 7-9%, detektor ustawiony na 587-651) w celu skanowania tkanki/narządu w poszukiwaniu odpowiednio zielonej i czerwonej fluorescencji białek fotokonwertowalnych.
Uwaga 1: Do skanowania przed fotokonwersją użyliśmy obiektywu Plan Apochromat 20x/NA 0.8.
Uwaga 2: Zawsze skanuj w poszukiwaniu czerwonej fluorescencji przed eksperymentem, aby wykluczyć, że przypadkowo wygenerowany czerwony PCFP jest obecny.
- Wybierz narzędzie Szeregi czasowe i ustaw na 2 cykle bez interwału (jeden dla pre- i jeden dla post-konwersji zdjęć).
- Wybierz narzędzie Regiony i zdefiniuj jeden lub więcej obszarów zainteresowania (ROI) do konwersji zdjęć.
Uwaga 1: Zalecamy najpierw określić precyzję, z jaką obszar faktycznie przekonwertowany przez laser skanujący w ROI odpowiada ROI wybranemu w oprogramowaniu, mierząc obszar fotokonwertowanej tkanki/komórek we wszystkich trzech kierunkach (xy i z) w stałej próbce, gdzie nie oczekuje się ruchu komórki lub białka. W przypadku ustawień opisanych w tej aplikacji zwrot z inwestycji odpowiadał obszarowi fotokonwersji z dużą precyzją, ale zależy to od użytego celu i ilości lasera zastosowanego do fotokonwersji. Rozmiar ROI można zmniejszyć do rozmiaru pojedynczej komórki w zależności od apertury numerycznej obiektywu, współczynnika powiększenia i ilości światła laserowego używanego do fotokonwersji.
- Wybierz narzędzie Wybielanie i ustaw na rozpoczęcie wybielania po zeskanowaniu 1 z 2. Do fotokonwersji użyliśmy lasera diodowego o długości fali 405 nm o mocy 30 mW i starannie zoptymalizowaliśmy go pod kątem minimalnej ilości światła laserowego niezbędnego do pełnej fotokonwersji, którą osiąga się głównie poprzez zmianę intensywności światła laserowego, iteracji skanowania zwrotu z inwestycji i czasu piksela (tj. prędkości skanowania).
Uwaga 1: Do fotokonwersji użyliśmy obiektywu Plan Apochromat 20x/NA 0.8.
Uwaga 2: Moc lasera i liczba iteracji muszą być określone empirycznie dla każdego ustawienia eksperymentalnego i powinny zapewnić pełną fotokonwersję z zielonego na czerwony PCFP w ramach ROI przy minimalnej niezbędnej ilości światła laserowego, aby zmniejszyć fototoksyczność. Zalecamy rozpoczęcie testów z wykorzystaniem niskiej mocy lasera (np. 3%, co odpowiada 0,03 mW w planie obiektywu) w połączeniu z małą liczbą iteracji (np. 20), a następnie zwiększanie mocy lasera aż do osiągnięcia pełnej fotokonwersji, która w naszych rękach wynosiła 10% mocy lasera (co odpowiada 0,1 mW w planie obiektywu). W tych warunkach wszystkie badane zarodki przeżyły plan leczenia. Niemniej jednak zaobserwowaliśmy, że błona żółtkowa jest wrażliwa na impulsy laserowe i może łatwo ulec uszkodzeniu, powodując śmierć zarodka. Z tego powodu śmiertelność zarodka po fotokonwersji może być spowodowana, jeśli położenie tkanki docelowej jest zbliżone do ciała żółtka.
- Zeskanuj próbkę za pomocą z-Stack za pomocą laserów dla 488 nm i 561 nm, aby uwidocznić pozostałą zieloną i fotokonwertowaną czerwoną fluorescencję PCFP.
Uwaga 1: Do skanowania po fotokonwersji użyliśmy Plan-Apochromatu 20x/NA 0.8.
4. Usuń zarodek z agarozy
- Wyrzuć roztwór i ostrożnie usuń zarodek z 1% LMA za pomocą igły lub gładkiej plastikowej końcówki.
- Utrzymuj zarodek w wodzie jajowej w ciemności w temperaturze 28,5 °C do pożądanego etapu rozwojowego.
Uwaga 1: Ważne jest, aby zarodki kontynuowały swój rozwój w wodzie jajowej, szczególnie w pierwszych dniach rozwoju, podczas przedłużania ciała embrionalnego. Rzeczywiście, niektóre tkanki/narządy embrionalne zmieniają pozycje podczas rozwoju i dlatego wymagają określonej orientacji podczas osadzania, która zależy od konkretnej tkanki/narządu będącego przedmiotem zainteresowania i pożądanego etapu rozwoju analizy.
5. Ponowne osadzanie
- Postępuje się jak w punkcie 2.) niniejszego protokołu.
6. Śledzenie fotoprzekształconej tkanki w późniejszych stadiach embrionalnych
- Skanowanie obszaru zainteresowania (z-Stack) za pomocą laserów dla 488 nm i 561 nm dla sygnałów fluorescencyjnych odpowiednio dla zielonej i czerwonej fluorescencji.
Uwaga 1: Do skanowania x godzin po fotokonwersji użyliśmy Plan-Apochromatu 20x/NA 0.8.
Uwaga 2: Ponieważ ten protokół nie wpływa na normalny rozwój zarodka, możliwe jest obserwowanie fotoprzekształconego zarodka w późniejszych stadiach rozwoju (w tym celu postępuj zgodnie z opisem w punktach 4 - 6).
7. Reprezentatywne wyniki
Przykład testu fotokonwersji jest pokazany na rysunku 1. Śledziliśmy komórki śródbłonka podczas rozwoju danio pręgowanego (przegląd anatomii naczyniowej rozwijającego się danio pręgowanego patrz16). W związku z tym użyliśmy linii reporterowej Tg(kdrl:nlsKikGR)hsc7 grybołu wyrażającej KikGR w jądrach śródbłonka17. Zarodki homozygotyczne i wykazujące jasną ekspresję hodowano w temperaturze 28,5 °C do 48 godzin po zapłodnieniu (hpf). Po dechorionacji zarodki zostały znieczulone i osadzone w LMA, umieszczając przednią i grzbietową stronę zarodka w kierunku szkła nakrywkowego w celu lepszej wizualizacji naczyń głowy. Do testu fotokonwersji i dalszego śledzenia fotokonwertowanego białka używamy odwróconego mikroskopu konfokalnego (Zeiss LSM 710 Meta) wyposażonego w lasery pracujące przy 405 nm, 488 nm i 561 nm oraz obiektyw Plan Apochromat 20x/NA 0,8. Jak pokazano na rysunku 1A, przed fotokonwersją KikGR ulegał ekspresji w tkance śródbłonka i był wykrywalny tylko jako zielona fluorescencja za pomocą lasera argonowego o długości fali 488 nm. Skany kontrolne za pomocą lasera DPSS 561-10 o długości fali 561 nm pod kątem czerwonej fluorescencji nie wykryły żadnego fotokonwertowanego KikGR przed fotokonwersją (ryc. 1A). Następnie ROI został całkowicie fotokonwertowany za pomocą lasera diodowego 405 nm (przy intensywności 10%, 20 iteracji), a naczynia głowy zostały ponownie zeskanowane przy użyciu laserów 488 nm i 561 nm (ryc. 1B). Jak pokazano na rysunku 1B, zielony KikGR całkowicie zmienił kolor na czerwony w ramach ROI. Po teście fotokonwersji zarodek usunięto z agarozy i wyhodowano w temperaturze 28,5 °C w wodzie jajecznej. Wreszcie, zarodek obserwowano ponownie 24 godziny po fotokonwersji, około 72 hpf, aby śledzić fotoprzekształcone komórki śródbłonka w późniejszych stadiach (Figura 1C). W ten sposób zarodek został osadzony w LMA, a próbka została ponownie zeskanowana za pomocą laserów 488 nm i 561 nm. Jak pokazano na rysunku 1C, w tkance śródbłonka powstałej w wyniku fotokonwertowanego ROI zaobserwowano zarówno nie-, jak i fotokonwertowane białka KikGR ze względu na stabilność czerwonego fluorescencyjnego fotokonwertowanego KikGR i resyntezę nowego zielonego, niefotokonwertowanego KikGR.

Rysunek 1. Fotokonwersja KikGR podczas rozwoju danio pręgowanego. (A,B) Określony obszar unaczynienia głowy śródbłonka został poddany fotokonwersji przy 48 hpf w transgenicznych zarodkach Tg(kdrl:nlsKikGR)hsc7 i (C) obserwowany ponownie 24 godziny po fotokonwersji (około 72 hpf). Pokazana jest fluorescencja KikGR (zielony), fotokonwertowany KikGR (czerwony) i połączone kanały. Kropkowane kółka pokazują zwrot z inwestycji przed, po i 24 godziny po fotokonwersji. Obrazy są widokami grzbietowymi zarodka danio pręgowanego, przed dnem. Podziałka skali: 50 μm.
Białko (akronim)
Ex (nm)
Em (nm)
Ec
Okres QY
Struktura czwartorzędowa
jasność
aplikacja
Ref
Kaede_G
Okręg wyborczy 508 TGL
Okręg wyborczy 518 TGL
99 Rozdział
0,9
tetramer
259 szt.
Śledzenie komórek
2,6
Kaede_R
572 szt.
580 szt.
60 Rozdział
0,3
tetramer
59 Rozdział 59
KikGR_G
Okręg wyborczy 507 TGL
Lokal mieszkalny 517
54 Rozdział 54
0,7
tetramer
Rozdział 112
Śledzenie komórek
3,6,8-10
KikGR_R
Okręg wyborczy 583 TGL
Okręg wyborczy 593 TGL
35 Rozdział
0,6
tetramer
68 Rozdział
mKikGR_G
Okręg wyborczy 505 TGL
515 szt.
Rozdział 49
0,7
Monomeru
Rozdział 101
Dynamiczne śledzenie obrazów w superrozdzielczości
13
mKikGR_R
580 szt.
Okręg wyborczy 591 TGL
28
0,6
Monomeru
53 Rozdział 53
EosFP_G
Okręg wyborczy 506 TGL
516 szt.
72 Rozdział 72
0,7
tetramer
150 szt.
Śledzenie komórek
5,20
EosFP_R
571 szt.
581 szt.
Rozdział 41
0,5
tetramer
67 Rozdział
tdEos_G
Okręg wyborczy 506 TGL
516 szt.
Rozdział 34
0,7
dimer tandemowy
165 Rozdział
Obrazy w doskonałej rozdzielczości
12,14,21
tdEos_R
Okręg wyborczy 569 TGL
581 szt.
33 Rozdział 33
0,6
dimer tandemowy
59 Rozdział 59
mEos2_G
Okręg wyborczy 506 TGL
Lokal mieszkalny 519 TGL
56 Rozdział 56
0,7
Monomeru
140 szt.
Dynamiczne śledzenie obrazów w superrozdzielczości
11,18
mEos2_R
Okręg wyborczy 573 TGL
Okręg wyborczy 584 TGL
Rozdział 46
0,7
Monomeru
90 Rozdział
Dendra2_G
490 szt.
Okręg wyborczy 507 TGL
Rozdział 45
0,5
Monomeru
67 Rozdział
Dynamiczne śledzenie obrazów w superrozdzielczości
4,11
Dendra2_R
Okręg wyborczy 553 TGL
Okręg wyborczy 573 TGL
35 Rozdział
0,55 pkt.
Monomeru
57
Tabela I. Właściwości fotokonwertowalnych białek fluorescencyjnych. Wraz z potoczną nazwą i/lub akronimem dla każdego PCFP, w tabeli przedstawiono długości fal szczytowego wzbudzenia (Ex) i emisji (Em), współczynniki ekstynkcji molowej (EC, 10-3 M-1 cm-1), wydajność kwantową (QY), fizjologicznie istotną strukturę czwartorzędową, względną jasność (jako % EGFP), zastosowanie i odniesienia. Tabela zaczerpnięta z Day i Davidson, 20101.
PCFP (Polskie Biuro Nadzoru Finansowego
Linie transgeniczne danio pręgowanego
źródło
Kaede
Tg(elavl3:Kaede)
rw0130a
Laboratorium Okamoto
Tg(EPV. TP1-MMU.Hbb:Kaede)
Tg(ins:Kaede)
Tg(isl1:Gal4-VP16,14xUAS:Kaede)
Tg(lhx5:Kaede)
b1204/+
ZIRC (Cyrk)
Tg(myl7:kaede)
Tg(olig2:Kaede)
Tg(UAS-E1b:Kaede)
s1999t
ZIRC (Cyrk)
Tg(UAS:Kaede)
rk8 powiedział:
ZIRC (Cyrk)
Tg(vsx2:Kaede)
nns2 powiedział:
Laboratorium Higashijima
KikGR
Tg(kdrl:nlsKikGR)
Tg(krt4:NTR-KikGR)
Tg(myl7:nlsKikGR)
Tg(sox10:KikGR)
Tg(UAS:KikGR)
EosFP
Tg(sox10:EosFP)
Tg(sox10:nlsEosFP)
Dendra
Tg(-8mpx:Dendra2)
Tg(UAS:Dendra-kras)
Tabela II. Linie transgeniczne danio pręgowanego wykazujące ekspresję PCFPs. Dane uzyskane w bazie danych modelowych organizmów zebry pręgowanego (ZFIN, http://zfin.org/). Wskazywana jest dostępność linii w Międzynarodowym Centrum Zasobów Danio Pręgowanego (ZIRC, http://zebrafish.org/zirc/).