$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Przedziały systemu endomembranowego są w ciągłym ruchu, a ich pełna charakterystyka wymaga obrazowania żywych komórek. Opisano tutaj protokół, który wykorzystuje mikroskopię konfokalną 4D (time-lapse 3D) do wizualizacji fluorescencyjnie znakowanych przedziałów w pączkujących drożdżach. Metoda została opracowana w celu śledzenia dynamiki kompaktów wydzielniczych w Pichia pastoris i Saccharomyces cerevisiae1,2,3. Protokół ten skupia się na S. cerevisiae, który ma nieułożony Golgi, w którym poszczególne cisternae są optycznie rozdzielalne4. Niezwykła organizacja Golgiego u S. cerevisiae umożliwiła zademonstrowanie za pomocą mikroskopii 4D, że Golgi cisterna początkowo znakuje się rezydentnymi wczesnymi białkami Golgiego, a następnie traci te białka, nabywając rezydentne późne białka Golgiego3,5. Przejście to można zwizualizować, tworząc szczep, w którym wczesne białko Golgiego Vrg4 jest znakowane GFP, podczas gdy późne białko Golgiego Sec7 jest znakowane monomerycznym czerwonym białkiem fluorescencyjnym. Gdy śledzone są poszczególne cisternae, dojrzewanie obserwuje się jako konwersję z zielonego na czerwony3. Ten rodzaj analizy może dostarczyć cennych informacji na temat lokalizacji białek i tożsamości kompartmentów. Na przykład, dwa białka z nieznacznie przesuniętymi czasami czasami mogą wydawać się oznaczać różne przedziały na obrazach statycznych, ale można je zobaczyć w filmach 4D, aby oznaczyć ten sam przedział w różnych punktach czasowych6,7. W ten sposób mikroskopia 4D ujawnia zjawiska, które w innym przypadku nie byłyby oczywiste.
Pouczająca mikroskopia 4D komór drożdżowych może być wykonana za pomocą odpowiednich procedur i sprzętu2. O ile to możliwe, znakowanie białek fluorescencyjnych odbywa się za pomocą wymiany genów8, aby uniknąć artefaktów nadekspresji. Ponieważ struktury wewnątrzkomórkowe są często bardzo dynamiczne, obrazowanie 4D jest potrzebne, aby zapewnić niezawodne śledzenie struktury w czasie. Opisany tutaj protokół wykorzystuje laserowy skaningowy mikroskop konfokalny wyposażony w detektory o wysokiej czułości. Za pomocą tego urządzenia cała objętość komórek S. cerevisiae może być obrazowana za pomocą mikroskopii konfokalnej mniej więcej co 1-3 s, przy czym typowe są odstępy 2 s. Dane można zbierać przez okres do 5-15 minut, w zależności od gęstości znakowania fluoroforów i ich właściwości fotofizycznych. Główną przeszkodą jest zminimalizowanie fotowybielania. W tym celu intensywność lasera jest utrzymywana na jak najniższym poziomie, prędkość skanowania konfokalnego jest maksymalizowana, a parametry optyczne są skonfigurowane tak, aby obrazować na granicy Nyquista, aby uchwycić odpowiednie informacje przy jednoczesnym uniknięciu nadmiernej ekspozycji na światło. Oczekuje się również, że te ustawienia złagodzą fototoksyczność, czynnik, który jest często pomijany podczas obrazowania żywych komórek9,10,11. Uzyskane zaszumione dane są przetwarzane za pomocą algorytmów korekcji wybielacza i dekonwolucji, aby ułatwić ilościowe określenie intensywności fluorescencji.
Nawet przy wysokiej jakości filmach 4D, analiza jest trudna, ponieważ komory drożdżowe są zazwyczaj liczne, niejednorodne i mobilne. Ze względu na wewnętrzne ograniczenia mikroskopii konfokalnej i nieoptymalne ustawienia wymagane do długotrwałego obrazowania 4D, struktury fluorescencyjne, które znajdują się blisko siebie, są trudne do rozdzielenia. Problem ten można obejść, skupiając się na niewielkiej liczbie struktur fluorescencyjnych, które pozostają optycznie rozdzielalne przez cały okres znakowania, przy założeniu, że struktury te są reprezentatywne dla całej populacji znakowanych przedziałów. Przedziały fluorescencyjne, które można niezawodnie śledzić, są identyfikowane poprzez oglądanie filmów z wyświetlanymi stosami Z i tworzenie serii montaży, w których sekcje optyczne dla każdego punktu czasowego są wyświetlane na ekranie komputera. Ta analiza wykorzystuje niestandardowe wtyczki ImageJ12, które pozwalają na śledzenie pojedynczej struktury w izolacji.
Ostatnie prace dotyczące metod dotyczyły zastosowania białek fluorescencyjnych w drożdżach13, a także teorii i praktyki konfokalnego obrazowania 4D komórek drożdży2. Protokół ten koncentruje się na kluczowych praktycznych aspektach eksperymentu z obrazowaniem 4D. Zawiera on pewne ulepszenia wcześniej opisanych procedur, a także zaktualizowane wersje kodu wtyczki ImageJ i dokumentacji. Pokazany przykład koncentruje się na dynamice Golgiego, ale ten protokół jest równie odpowiedni do obrazowania innych przedziałów drożdży.