Przedstawiona metoda umożliwia wizualizację znakowanych fluorescencyjnie białek komórkowych za pomocą mikroskopii ekspansywnej, co prowadzi do rozdzielczości 70 nm na konwencjonalnym mikroskopie.
Subskrypcja JoVE jest wymagana do oglądania tego materiału. Zaloguj się lub rozpocznij bezpłatny okres próbny.
Artykuł metodologiczny
* These authors contributed equally
Przedstawiona metoda umożliwia wizualizację znakowanych fluorescencyjnie białek komórkowych za pomocą mikroskopii ekspansywnej, co prowadzi do rozdzielczości 70 nm na konwencjonalnym mikroskopie.
Zakłócenie filtra kłębuszkowego składającego się ze śródbłonka kłębuszków nerkowych, błony podstawnej kłębuszków nerkowych i podocytów, powoduje albuminurię. Wyrostki stopy podocytów zawierają wiązki aktyny, które wiążą się z białkami adaptorowymi cytoszkieletu, takimi jak podocyna. Te białka adaptorowe, takie jak podocyna, łączą szkielet przepony szczeliny kłębuszkowej, takiej jak nefryna, z cytoszkieletem aktyny. Badanie lokalizacji i funkcji tych i innych białek podocytarnych jest niezbędne do zrozumienia roli filtra kłębuszkowego w zdrowiu i chorobie. Prezentowany protokół umożliwia użytkownikowi wizualizację aktyny, podocyny i nefryny w komórkach za pomocą obrazowania w super rozdzielczości na konwencjonalnym mikroskopie. Najpierw komórki są barwione konwencjonalną techniką immunofluorescencji. Wszystkie białka w próbce są następnie kowalencyjnie zakotwiczone w pęczniejącym hydrożelu. Poprzez trawienie proteinazą K białka strukturalne są rozszczepiane, co pozwala na izotropikalne pęcznienie żelu w ostatnim etapie. Dializa próbki w wodzie powoduje 4-4,5-krotne rozszerzenie próbki, a próbka może być obrazowana za pomocą konwencjonalnego mikroskopu fluorescencyjnego, co daje potencjalną rozdzielczość 70 nm.
Albuminuria jest zastępczym parametrem ryzyka sercowo-naczyniowego i wynika z przerwania filtra kłębuszkowego1. Filtr kłębuszkowy składa się z okienkowanego śródbłonka, błony podstawnej kłębuszków nerkowych i membrany szczelinowej utworzonej przez podocyty. Pierwotne i wtórne wyrostki stopy podocytów owijają się wokół ściany naczynia włosowatego kłębuszka nerkowego2. Delikatna struktura wyrostków stopy jest utrzymywana przez korowe wiązki aktyny, które służą również jako kotwice dla wielu białek przepony szczelinowej i innych białek adaptorowych2. Białko szkieletowe przepony szczelinowej nazywa się nefryną i oddziałuje w sposób homofilny z cząsteczkami nefryny przeciwstawnych podocytów. Poprzez różnorodne białka adaptorowe, nefryna jest połączona z cytoszkieletem aktyny2,3. Mutacje w genie NPHS1 kodującym nefrynę prowadzą do zespołu nerczycowego typu fińskiego4.
Jednym z białek oddziałujących na nefrynę jest podocyna, białko podobne do spinki do włosów z rodziny stomatyny3. Podocin rekrutuje nefrynę do tratw lipidowych i łączy ją z cytoszkieletem aktynowym 5. Podocin jest kodowany przez gen NPHS2. Mutacje w NPHS2 prowadzą do steroidoopornego zespołu nerczycowego6.
Aby uwidocznić i kolokalizować białka adaptorowe aktyny, można zastosować techniki immunofluorescencji. Niestety, bariera dyfrakcyjna światła ogranicza rozdzielczość konwencjonalnych mikroskopów fluorescencyjnych do 200-350 nm7. Nowatorskie techniki mikroskopowe, np. wymuszone zubożenie emisji (STED)8, mikroskopia lokalizacyjna aktywowana foto (PALM)9, stochastyczna mikroskopia rekonstrukcji optycznej (STORM lub dSTORM) lub mikroskopia delecji w stanie podstawowym, po której następuje powrót pojedynczej cząsteczki (GSDIM)9,10,11, umożliwiają uzyskanie rozdzielczości do około 10 nm. Jednak te techniki super rozdzielczości wymagają bardzo drogich mikroskopów, dobrze wyszkolonego personelu i dlatego nie są dostępne w wielu laboratoriach.
Mikroskopia ekspansywacyjna (ExM) to nowatorska i prosta technika, która umożliwia obrazowanie w super rozdzielczości za pomocą konwencjonalnych mikroskopów i jest potencjalnie dostępna dla dużej społeczności badawczej12. W mikroskopii ekspansji retencji białek (proExM) próbka będąca przedmiotem zainteresowania (komórki lub tkanka) jest utrwalana i barwiona fluoroforami13. Białka w próbce są następnie kowalencyjnie zakotwiczone przez małą cząsteczkę (kwas 6-(((akryloilo)amino)heksanowy, ester sukcynimidylowy, AcX) w pęczniejącym hydrożelu13. Poprzez trawienie enzymatyczne z proteinazą K (ProK), białka i fluorofory utrzymują swoją względną pozycję w żelu po rozprężeniu13. Po pęcznieniu żelu próbka rozszerza się do 4,5-krotności (90-krotne rozszerzenie objętościowe), co prowadzi do efektywnej rozdzielczości bocznej około 60-70 nm (300 nm/4,5). Modyfikacje tej techniki mogą nawet pozwolić na 10-krotne rozszerzenie (1000-krotne rozszerzenie objętościowe), co daje rozdzielczość 20-30 nm na konwencjonalnych mikroskopach14,15,16.
Struktury kłębuszkowe nerek myszy i człowieka zostały zobrazowane za pomocą ExM17. W tym artykule przedstawiamy szczegółowy protokół proExM do wizualizacji obrazów F-aktyny i białka adaptera aktyny podocyny w super rozdzielczości w komórkach przy użyciu konwencjonalnego mikroskopu fluorescencyjnego.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Dzielenie i rozsiewanie komórek
2. Transfekcja komórek
3. Znakowanie immunologiczne struktur komórkowych
4. Mikroskopia ekspansywacyjna
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Koncepcja i harmonogram tego protokołu proExM przedstawione są na Rysunku 1. W 5. dniu komórki poddane transfekcji są utrwalane i barwione fluorescencyjnymi przeciwciałami skierowanymi przeciwko białku zainteresowania (Rysunek 1A,B). W 6. dniu traktowanie AcX prowadzi do powstania grup aminowych we wszystkich białkach (w tym w fluoroforach) (Rysunek 1A,B)
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Przedstawiona metoda umożliwia badaczowi wizualizację białek komórkowych, np. podocyny, nefryny oraz składników cytoszkieletu, np. F-aktyny. W ramach tego protokołu transfekowane komórki cos7 są wykorzystywane jako model do badania interakcji białek membrany szczelinowej z F-aktyną. Niestety, unieśmiertelnione linie komórkowe podocytów nie wyrażają wystarczających endogennych ilości białek diafragmy szczelinowej19.
Dzięki tej metodzie białka komórkowe mogą być wizualizo...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy nie mają nic do ujawnienia.
Autorzy chcieliby podziękować Blanka Duvnjak i Nikola Kuhr za ich doskonałą pomoc techniczną.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Akrylamid >99% | Sigma-Aldrich | A3553-100G | |
| Kwas 6-((Akrylo)amino)heksanowy, ester sukcynimidylowy, Akryloil-X, SE | invitrogen | A-20770 | przechowywać do 4 miesięcy |
| APS | Sigma-Aldrich | A3678-25G | |
| Deckglä ser (okulary nakrywkowe) | Engelbrecht | K12432 | 24x32mm #1.0 |
| Frez Diamont | VWR | 201-0392 | do cięcia szkiełek nakrywkowych |
| Guanidine HCl | Sigma-Aldrich | G3272-100G | 8M Kolbę można przechowywać w RT |
| Marten pędzel do włosów | Leon Hardy | 3 (770) | |
| "Menzel" Deckglä ser (okulary nakrywkowe) | Thermo Fischer | 15654786 | 24x24mm #1,5 |
| N,N'-metylenobisakryloamid | Sigma-Aldrich | M7256-25G | |
| Objektträ ger UniMark | Marienfeld | 703010 | |
| Proteinaza K | New England Biolabs | P8107S | |
| Akrylan sodu | Sigma-Aldrich | 408220 | sprawdź czystość |
| Wodorowęglan sodu | Sigma-Aldrich | S5761 | |
| Komora | wyprodukowana w warsztacie uniwersyteckim | ||
| TEMED | ROTH | 2367.1 | |
| 6-dołkowe szklane płytki denne | Cellvis | P06-1.5H-N | |
| Przeciwciała | |||
| Actin-ExM 546 | chrometra | niedostępna | 1:40 |
| Anti Podocin wyprodukowany w króliku | Sigma | P-0372-200UL | 1:200 |
| Osioł anty świnka morska CF633 | Sigma | SAB4600129-50UL | 1:200 |
| Koza anty królik 488 | Life Technologies | A11034 | 1:1000 |
| Świnka morska anty nefryna | Origene | BP5030 | 1:100 |
| Software | |||
| FIJI | |||
| Visiview | |||
| mikroskop | |||
| AXIO Observer Z1 | Zeiss | niedostępny |
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.