Opisujemy metodę przygotowania i obrazowania na żywo nierozcieńczonych ekstraktów cytoplazmatycznych z jaj Xenopus laevis.
Artykuł metodologiczny
Opisujemy metodę przygotowania i obrazowania na żywo nierozcieńczonych ekstraktów cytoplazmatycznych z jaj Xenopus laevis.
Tradycyjnie używane do masowych testów biochemicznych, ekstrakty z jaj Xenopus laevis stały się potężnym narzędziem opartym na obrazowaniu do badania zjawisk cytoplazmatycznych, takich jak cytokineza, tworzenie wrzeciona mitotycznego i składanie jądra. Opierając się na wczesnych metodach, które obrazowały utrwalone ekstrakty próbkowane w rzadkich punktach czasowych, najnowsze podejścia obrazują ekstrakty na żywo za pomocą mikroskopii poklatkowej, ujawniając bardziej dynamiczne cechy o zwiększonej rozdzielczości czasowej. Metody te zwykle wymagają wyrafinowanej obróbki powierzchni naczynia obrazowego. W tym miejscu przedstawiamy alternatywną metodę obrazowania na żywo ekstraktów z jaj, które nie wymagają chemicznej obróbki powierzchni. Jest prosty do wdrożenia i wykorzystuje masowo produkowane laboratoryjne materiały eksploatacyjne do obrazowania. Opisujemy system, który może być stosowany zarówno w mikroskopii szerokokątnej, jak i konfokalnej. Jest przeznaczony do obrazowania ekstraktów w polu 2-wymiarowym (2D), ale można go łatwo rozszerzyć do obrazowania w 3D. Doskonale nadaje się do badania tworzenia wzorców przestrzennych w cytoplazmie. Dysponując reprezentatywnymi danymi, wykazujemy typową dynamiczną organizację mikrotubul, jąder i mitochondriów w ekstraktach międzyfazowych przygotowanych tą metodą. Te dane obrazowe mogą dostarczyć informacji ilościowych na temat dynamiki cytoplazmy i organizacji przestrzennej.
Cytoplazma stanowi główną objętość komórki i ma odrębną organizację. Składniki cytoplazmy eukariotycznej mogą samoorganizować się w szeroki zakres struktur przestrzennych, takich jak astry mikrotubul i aparat Golgiego, które z kolei są dynamicznie układane i obracane w zależności od tożsamości komórki i stanu fizjologicznego. Zrozumienie organizacji przestrzennej cytoplazmy i jej związku z funkcjami komórkowymi jest zatem ważne dla zrozumienia, jak działa komórka. Ekstrakty z jaj Xenopus laevis były tradycyjnie używane do masowych testów biochemicznych1,2,3,4,5,6,7,8, ale ostatnie prace wskazują, że jest to potężny system obrazowania na żywo do mechanistycznych badań struktur cytoplazmatycznych i ich funkcji komórkowych9,10,11,12,13,14,15,16,17,18. Te nierozcieńczone ekstrakty zachowują wiele struktur i funkcji cytoplazmy, umożliwiając jednocześnie bezpośrednie manipulowanie zawartością cytoplazmy, co nie jest osiągalne w konwencjonalnych modelach komórkowych19,20. To sprawia, że idealnie nadają się do charakteryzowania zjawisk cytoplazmatycznych i analizowania ich mechanistycznych podstaw.
Istniejące metody obrazowania ekstraktów wymagają chemicznych modyfikacji powierzchni lub produkcji urządzeń mikroprzepływowych. Jedna metoda oparta na szkiełkach nakrywkowych wymaga pasywacji szkła za pomocą glikolu polietylenowego (PEG) szkiełek nakrywkowych21. Metoda oparta na mikroemulsji wymaga osadzania z fazy gazowej trichloro(1H,1H,2H,2H-perfluorooktylo)silanu na powierzchniach szklanych22,23. Systemy oparte na mikroprzepływach umożliwiają precyzyjną kontrolę objętości, geometrii i składu kropelek ekstraktu, ale wymagają specjalistycznych urządzeń do mikroprodukcji11,12,24.
Tutaj wprowadzamy alternatywną metodę obrazowania ekstraktów z jaj, która jest łatwa do wdrożenia i wykorzystuje łatwo dostępne, tanie materiały. Obejmuje to przygotowanie komory obrazowania ze szkiełkiem podstawowym i szkiełkiem nakrywkowym pokrytym taśmą z fluorowanego etylenu i propylenu (FEP). Komora może być używana do obrazowania ekstraktów za pomocą różnych systemów mikroskopowych, w tym stereoskopów oraz mikroskopów pionowych i odwróconych. Metoda ta nie wymaga chemicznej obróbki powierzchni przy jednoczesnym osiągnięciu podobnej przejrzystości optycznej uzyskanej przy użyciu istniejących metod na bazie szkła omówionych powyżej. Jest przeznaczony do obrazowania warstwy ekstraktów o jednolitej grubości w polu 2D i można go łatwo rozszerzyć w celu zobrazowania objętości ekstraktów 3D. Doskonale nadaje się do obrazowania poklatkowego zbiorowego zachowania cytoplazmatycznego w dużym polu widzenia.
Użyliśmy ekstraktów z jaj zatrzymanych w interfazie, aby zademonstrować naszą metodę obrazowania. Przygotowanie ekstraktu jest zgodne z protokołem Deminga i Kornbluth19. Krótko mówiąc, jaja naturalnie zatrzymane w metafazie mejozy II są miażdżone przez wirowanie o niskiej prędkości. Ten spin uwalnia cytoplazmę z zatrzymania mejotycznego i pozwala ekstraktowi przejść w interfazę. Zwykle cytochalazyna B jest dodawana przed wirowaniem kruszącym, aby zahamować tworzenie F-aktyny. Można go jednak pominąć, jeśli pożądana jest F-aktyna. Cykloheksymid jest również dodawany przed wirowaniem kruszącym, aby zapobiec przedostawaniu się ekstraktu interfazowego do następnej mitozy. Ekstrakty są następnie umieszczane we wspomnianych komorach obrazowania i umieszczane pod mikroskopem. Na koniec obrazy są rejestrowane w czasie w określonych odstępach czasu przez kamerę podłączoną do mikroskopu, tworząc serie zdjęć poklatkowych, które rejestrują dynamiczne zachowanie ekstraktu w polu 2D.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Wszystkie opisane tutaj metody zostały zatwierdzone przez Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) Uniwersytetu Stanforda.
1. Przygotowanie preparatów i szkiełek nakrywkowych
2. Przygotowanie i obrazowanie na żywo ekstraktów z jaj zatrzymanych w interfazie
UWAGA: Następujący protokół jest zaadaptowany z Deminga i Kornbluth19, Murray20, oraz Smythe i Newport25 z modyfikacjami. Wszystkie czynności należy wykonywać w temperaturze pokojowej, chyba że zaznaczono inaczej.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ekstrakty z jaj Xenopus laevis mogą być używane do badania samoorganizacji cytoplazmy podczas interfazy. Rysunek 2A pokazuje wyniki udanego eksperymentu. Uzupełniliśmy ekstrakty z zatrzymaną interfazą zdemembranowanymi jądrami plemników Xenopus laevis19 o stężeniu 27 jąder/μL i 0,38 μM oczyszczonym GST-GFP-NLS27,28,29,
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Ekstrakty z jaj Xenopus laevis stały się potężnym systemem modelowym do badań obrazowych różnych struktur subkomórkowych 10,14,15,16,17,18,21,31,32,33,34,35,36 i organizacji cytoplazmatycznej na
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Dziękujemy J. Kamenzowi, Y. Chenowi i W. Y. C. Huangowi za komentarze do manuskryptu. Praca ta została wsparta grantami z National Institutes of Health (R01 GM110564, P50 GM107615 i R35 GM131792) przyznanymi Jamesowi E. Ferrellowi, Jr.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Probówka wirówkowa 17 ml | Beckman Coulter | 337986 | |
| kwadrat 22x22 mm #1 szkło nakrywkowe | Corning | 284522 | |
| Aprotynina | MiliporeSigma | 10236624001 | Inhibitor proteazy |
| Cykloheksymid | MiliporeSigma | 01810 | Inhibitor syntezy białek |
| Cytochalazyna B | MiliporeSigma | C6762 | Aktyna Inhibitor polimeryzacji |
| Samica Xenopus laevis żaby | Nasco | LM00535MX | |
| Fluorescencyjne białko tubulinowe znakowane HiLyte 488 | Cytoskeleton, Inc. | TL488M-A | Do wizualizacji cytoszkieletu mikrotubul |
| Fluorescencyjny HiLyte 647 znakowany białkiem tubuliny | Cytoskeleton, Inc. | TL670M-A Do | wizualizacji cytoszkieletu mikrotubul |
| Taśma optycznie przezroczysta z fluorowanego etylenu i propylenu (FEP) | CS Hyde company | 23-FEP-2-5 | |
| Szklana pipeta Pasteura | Fisher Scientific | 13-678-20C | |
| Ludzka gonadotropina kosmówkowa (hCG) | MiliporeSigma | CG10 | |
| Dystans obrazowania | Mikroskopia elektronowa Nauki | 70327-8S | |
| Leupeptin | MilliporeSigma | 11017101001 | Inhibitor proteazy |
| Szkiełka mikroskopowe | Fisher Scientific | 12-518-100B | |
| Olej mineralny | MilliporeSigma | 330760 | |
| MitoTracker Red CMXRos | Thermo Fisher Scientific | M7512 | Do wizualizacji mitochondriów |
| Gonadotropina surowicy ciężarnej klaczy (PMSG) | BioVendor | RP1782725000 | |
| Aplikator rolkowy | Amazon | B07HMBJSP8 | Do nakładania taśmy FEP na szkiełka i szkiełka nakrywkowe |
| Jednosieczne żyletki | Fisher Scientific | 12-640 | Do usuwania nadmiaru taśmy FEP |
| Pipeta transferowa | Fisher Scientific | 13-711-7M |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Poproś o pozwolenie na ponowne wykorzystanie tekstu lub ilustracji tego artykułu JoVE
Poproś o pozwolenie