Tutaj opisujemy użycie zestawu markerów organelli opartych na białkach fluorescencyjnych w obrazowaniu żywych komórek pączkujących drożdży, Saccharomyces cerevisiae.
Artykuł metodologiczny
Tutaj opisujemy użycie zestawu markerów organelli opartych na białkach fluorescencyjnych w obrazowaniu żywych komórek pączkujących drożdży, Saccharomyces cerevisiae.
Pączkujące drożdże, Saccharomyces cerevisiae, to klasyczny system modelowy do badania funkcji i dynamiki organelli. W naszych poprzednich pracach skonstruowaliśmy markery oparte na białkach fluorescencyjnych dla głównych organelli i struktur endobłonowych, w tym jądra, retikulum endoplazmatycznego (ER), aparatu Golgiego, endosomów, wakuoli, mitochondriów, peroksysomów, kropelek lipidów i autofagosomów. Przedstawiony tutaj protokół opisuje procedury stosowania tych markerów u drożdży, w tym przygotowanie DNA do transformacji drożdży, dobór i ocenę transformantów, fluorescencyjną obserwację mikroskopową oraz oczekiwane wyniki. Tekst jest skierowany do badaczy, którzy wkraczają w dziedzinę badania organelli drożdży z innych środowisk. Omówiono podstawowe kroki, a także uwagi techniczne dotyczące kwestii związanych ze sprzętem mikroskopu i kilka typowych pułapek. Stanowi punkt wyjścia dla ludzi do obserwacji subkomórkowych jednostek drożdży za pomocą mikroskopii fluorescencyjnej żywych komórek. Te narzędzia i metody mogą być wykorzystane do identyfikacji lokalizacji subkomórkowej białek i śledzenia organelli będących przedmiotem zainteresowania w obrazowaniu poklatkowym.
Subkomórkowy podział na organelle związane z błoną jest powszechną zasadą w organizacji komórek eukariotycznych. Każda organella spełnia określone funkcje. Podobnie jak w wielu innych aspektach biologii eukariotycznej, pączkujące drożdże, Saccharomyces cerevisiae, są klasycznym systemem modelowym w wyjaśnianiu podstawowych zasad organizacji i dynamiki organelli. Przykłady obejmują przełomowe odkrycia w szlaku wydzielania białek, szlaku importu białek peroksysomalnych oraz szlaku autofagii1,2,3.
W typowych warunkach bogatych w składniki odżywcze, szybko rosnące komórki drożdży zawierają retikulum endoplazmatyczne (ER), wczesne Golgiego, późne Golgiego/wczesne endosomy, późne endosomy, wakuole i mitochondria. Niektóre peroksysomy, kropelki lipidów i autofagosomy (nawet mniej niż pierwsze dwa, głównie typu pęcherzykowego Cvt, które są obecne w warunkach bogatych w składniki odżywcze4) są również obecne, ale nie tak widoczne, jak byłyby w określonych warunkach hodowli (pożywki bogate w lipidy, pożywki głodowe itp.). W porównaniu z innymi popularnymi modelami eukariotycznymi, komórki drożdży są dość małe; Średnica typowej komórki drożdży wynosi około 5 μm, w porównaniu do kilkudziesięciu mikrometrów dla większości komórek zwierzęcych i roślinnych. W rezultacie, w tym samym polu obrazowania, które normalnie zawiera pojedynczą przylegającą komórkę zwierzęcą, zwykle widzi się dziesiątki komórek drożdży na różnych etapach cyklu komórkowego. Oprócz różnicy w wielkości, morfologia organelli drożdży ma również pewne szczególne cechy. Na poziomie ultrastrukturalnym drożdże ER składają się z arkuszy i kanalików, podobnie jak w innych systemach. Pod mikroskopią fluorescencyjną drożdżowy ER objawia się jako dwa pierścienie z pewnymi łączącymi się strukturami pomiędzy nimi. Wewnętrzny pierścień to jądrowy ER, który jest ciągły z otoczką jądrową, a zewnętrzny pierścień to obwodowy ER, który jest siecią rurkową leżącą pod błoną plazmatyczną5. Podobny do komórek roślinnych, ale różniący się od komórek zwierzęcych, organella hybrydowa, późny endosom Golgiego/wczesny, znajduje się na przecięciu szlaku wydzielniczego i szlaku endocytarnego6,7. Morfologicznie drożdżowe aparaty Golgiego są rozproszone w cytoplazmie. Wakuole są funkcjonalnie analogiczne do lizosomów w komórkach zwierzęcych. Często zajmują duże części cytoplazmy i ulegają częstemu rozszczepieniu i fuzji. Oprócz zastosowania fluorescencyjnych markerów kolokalizacji, błonę wakuolarną można odróżnić od jądrowego ER na podstawie co najmniej dwóch kryteriów: błona wakuolarna jest na ogół bardziej zaokrąglona niż jądrowa ER, a zapadający się wygląd wakuoli w DIC jest również bardziej wyraźny niż w jądrze.
Rutynowo, używamy zestawu markerów opartych na białkach fluorescencyjnych do wizualizacji wyżej wymienionych organelli w żywych komórkach drożdży (Tabela 1). Wierność i funkcjonalność tych markerów organelli została eksperymentalnie zweryfikowana7,8. Te konstrukty markerów mają na celu wprowadzenie kaset chimery białek fluorescencyjnych do genomu drożdży. Jak opisano poniżej, w ramach przygotowań do transformacji drożdży, liniowe fragmenty DNA są generowane przez trawienie enzymatyczne lub amplifikację PCR7,8. Liniowe fragmenty DNA integrują się z genomem poprzez rekombinację homologiczną. W przypadku plazmidów opisanych w tym protokole stosuje się trzy typy konstrukcji. W pierwszym typie, obejmującym większość plazmidów, często możliwe jest otrzymanie transformantów przenoszących wiele kopii konstruktu. Jest to zwykle niepożądane, ponieważ wprowadza ekspresyjne i możliwie funkcjonalne różnice między transformantami. Transformanty jednokopijne muszą być identyfikowane za pomocą obrazowania opisanego w niniejszym protokole, immunoblottingu lub starannie zaprojektowanych testów PCR. W drugim typie, obejmującym GFP-Sed5, GFP-Pep12 i GFP-Atg8, w haploidalnych komórkach drożdży wytwarzana jest tylko integracja pojedynczej kopii. Zarówno pierwszy, jak i drugi typ utrzymują endogenną kopię genu markerowego w stanie nienaruszonym w genomie. Trzeci typ konstrukcji plazmidu, obejmujący Sec7-2GFP i Vph1-2GFP, ma na celu wprowadzenie C-końcowych knock-inów, prowadzących do tego, że chimery są jedyną kopią odpowiedniego genu markerowego.
Tutaj opisujemy procedurę wykorzystania tych markerów organelli, dostarczamy przykładowe obrazy mikroskopowe i omawiamy środki ostrożności skierowane do badaczy nowych w obrazowaniu organelli drożdżowych.
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
1. Budowa szczepu drożdży
2. Mikroskopia fluorescencyjna: ogólne procedury i obrazowanie pojedynczego punktu czasowego
3. Obrazowanie poklatkowe
UWAGA: Procedura obrazowania poklatkowego różni się od tej dla obrazowania pojedynczego punktu czasowego w dwóch obszarach: przygotowaniu próbki i parametrach obrazowania.
4. Wizualizacja stosów obrazów i ocena liczby kopii integracji
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Morfologia i dynamika organelli ulegają zmianom w odpowiedzi komórek drożdży na sygnały zewnętrzne i wewnętrzne. Przedstawiamy tutaj reprezentatywne obrazy organelli drożdży w środkowej fazie logarytmicznej (Rycina 3A,B). Jak wspomniano wcześniej, kilka organelli posiada charakterystyczne cechy morfologiczne, dzięki czemu są one łatwe do rozpoznania bez konieczności szerokiego porównywania z innymi markerami organelli. Dotyczy to ER, mitochondriów i wakuoli. Należy zauważyć,...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Opisany tutaj protokół zapewnia prosty początek dla osób rozpoczynających naukę z innych dziedzin badawczych w celu zbadania organelli drożdży. Zanim przejdziemy do konkretnych tematów, chcielibyśmy jeszcze raz podkreślić, że należy powstrzymać się od nadmiernego korzystania z funkcji automatycznych w oprogramowaniu do obrazowania. Obrazy mikroskopowe to nie tylko ładne obrazki, to dane naukowe, dlatego ich pozyskiwanie i interpretacja powinny być odpowiednio traktowane. Szczególnie ważne jest, aby sumiennie dobierać par...
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
Autorzy pragną podziękować członkom laboratorium Xie za hojną pomoc w przygotowaniu manuskryptu. Prace te były wspierane przez Narodową Fundację Nauk Przyrodniczych Chin (grant 91957104), Miejską Komisję Edukacji w Szanghaju (grant 2017-01-07-00-02-E00035) oraz Miejską Komisję Nauki i Technologii w Szanghaju (grant 22ZR1433800).
Dostęp ograniczony. Zaloguj się lub rozpocznij wersję próbną, aby wyświetlić tę treść.
| Nazwa | Firma | Numer katalogowy | Komentarze |
|---|---|---|---|
| Adenine | Sangon Biotech | A600013 | |
| Casaminoacid | Sangon Biotech A603060 | ||
| Concanavalin A z canavalia ensiformis (fasola jacka) | Sigma Aldrich | L7647 | |
| D-Glucose | Sangon Biotech | A501991 | |
| Fidżi | https://fiji.sc/ | ||
| szalka Petriego | ze szklanym dnemNEST | 706001 | Φ 35 mm |
| ImajeJ | https://imagej.net/ | ||
| Odwrócony mikroskop fluorescencyjny | Olympus | IX83 wyposażony w obiektyw zanurzeniowy UPLXAPO 100X, źródło światła Lumencor Spectra X i kamerę Hamamatsu Orca Flash4.0 LT. | |
| L-histydyna | Sangon Biotech | A604351 | |
| L-leucyna | Sangon Biotech | A100811 | |
| L-lizyna | Sangon Biotech | A602759 | |
| L-metionina | Sangon Biotech | A100801 | |
| L-tryptofan | Sangon Biotech | A601911 | |
| Szkło osłonowe | mikroskopu CITOTEST | 10222222C | 22 mm x 22 mm, 0,16 cala kreski; Szkiełka mikroskopowe 0,19 mm |
| CITOTEST | 1A5101 | 25 mm x 75 mm, 1– 1,2 mm | |
| Pepton | Sangon Biotech | A505247 | |
| Uracil | Sangon Biotech | A610564 | |
| Visiview | Visitron System GmbH | https://www.visitron.de/products/visiviewr-software.html | |
| Ekstrakt drożdżowy | Sangon Biotech | A100850 | |
| Drożdże na bazie azotu bez aminokwasów | Sangon Biotech | A610507 | |
| YNB bez aminokwasów i siarczanu amonu | Sangon Biotech A600505 |
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