Immunofluorescencja to podstawowa technika współczesnej biologii komórki, pierwotnie opracowana przez Alberta Coonsa, która umożliwia wykrywanie cząsteczek w ich natywnych przedziałach komórkowych i charakteryzowanie składu molekularnego subkomórkowych organelli lub maszynerii1. W połączeniu z manipulacjami genetycznymi, immunofluorescencja pomaga ugruntować obecnie dobrze akceptowaną koncepcję, że lokalizacja białka jest niezbędna dla jego funkcji2. Oprócz specyficznych przeciwciał pierwotnych i jasnych barwników fluorescencyjnych, sukces tej techniki opiera się na wstępnym procesie zwanym utrwalaniem i przepuszczalnością, który zachowuje morfologię komórkową, unieruchamia antygeny i zwiększa dostępność przeciwciał w przedziałach wewnątrzkomórkowych. Nieuchronnie proces fiksacji i przepuszczalności zabiłby komórki i zakończyłby wszystkie procesy biologiczne3. Dlatego immunofluorescencja dostarcza jedynie migawki z podróży życiowej białek. Jednak wiele procesów biologicznych, takich jak migracja i podziały komórek, ma charakter dynamiczny, co wymaga zbadania zachowań białek w sposób przestrzenno-czasowo rozwiązany4,5.
Aby zbadać dynamikę białek w organizmach żywych, opracowano metody obrazowania na żywo oparte na genetycznie kodowanych białkach fluorescencyjnych, takich jak zielone białko fluorescencyjne (GFP)6 oraz szybkie mikroskopy konfokalne. Krótko mówiąc, interesujące białko może być genetycznie manipulowane w celu fuzji z GFP7, a następnie ektopowo eksprymowane z promotorów wirusa lub drożdży, takich jak wirus cytomegalii (CMV)8 lub sekwencja aktywacji upstream (UAS)9. Ponieważ GFP ma charakter autofluorescencyjny, nie są wymagane przeciwciała sprzężone z fluoroforem, aby ujawnić lokalizację docelowych białek, co omija konieczność wstępnych procesów utrwalania lub przenikania. W ciągu ostatnich dwóch dekad opracowano znaczniki fluorescencyjne obejmujące całe spektrum długości fal10, umożliwiające wielokolorowe obrazowanie na żywo kilku docelowych białek w tym samym czasie. Jednak w porównaniu z chemicznie modyfikowanymi barwnikami fluorescencyjnymi, takimi jak AlexaFluor lub ATTO, autofluorescencja tych genetycznie kodowanych białek fluorescencyjnych jest stosunkowo słaba i niestabilna, gdy ulega ekspresji z endogennych promotorów, zwłaszcza podczas obrazowania na żywo w dłuższych skalach czasowych10. Chociaż niedobór ten można złagodzić poprzez nadmierną ekspresję znakowanych fluorescencyjnie białek docelowych, wiele z nich o aktywności enzymatycznej, takich jak kinazy i fosfatazy, poważnie zakłóca normalne procesy biologiczne, jeśli nie ulega ekspresji na poziomie fizjologicznym.
Ten protokół przedstawia metodę, która umożliwia fotostabilne oświetlenie celu na podstawie przeciwciał w konfiguracji obrazu na żywo, zasadniczo umożliwiając immunofluorescencję bez procesu fiksacji lub przenikania (Rysunek 1). Za pomocą prostej reakcji aminowej opartej na NHS11, można sprzęgnąć barwniki fluorescencyjne, takie jak AlexaFluor 488 lub 594, z zasadniczo dowolnym przeciwciałem pierwszorzędowym lub nanociałem GFP/HA/Myc12. Wykorzystując cechę rozwojową polegającą na tym, że wszystkie komórki embrionalne Drosophila mają wspólną cytoplazmę podczas etapu syncytium13, można uzyskać wiązanie antygenu i oświetlenie całych zarodków po wstrzyknięciu przeciwciał sprzężonych z barwnikiem. Dzięki rozszerzającym się bibliotekom endogennie znakowanych białek dostępnych w Drosophila i innych systemach modelowych14, metoda ta może potencjalnie poszerzyć zastosowania tych bibliotek, ujawniając dynamikę białek znakowanych fluorescencyjnie o niskiej liczebności i innych białek nieznakowanych fluorescencyjnie (HA/Myc) w żywych tkankach.