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Simultânea Multicolor Imagem de Estruturas Biológicas com fluorescência Fotoativação Localização Microscopia

DOI:

10.3791/50680

December 9th, 2013

In This Article

Summary

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Demonstramos o uso da microscopia de localização por fotoativação por fluorescência (FPALM) para obter imagens simultâneas de vários tipos de moléculas marcadas com fluorescência dentro das células. As técnicas descritas produzem a localização de milhares a centenas de milhares de proteínas individuais marcadas com fluorescência, com uma precisão de dezenas de nanômetros dentro de células individuais.

Abstract

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A microscopia de super-resolução baseada em localização pode ser aplicada para obter um mapa espacial (imagem) da distribuição de moléculas individuais marcadas com fluorescência dentro de uma amostra com uma resolução espacial de dezenas de nanômetros. Usando proteínas fluorescentes fotoativáveis (PAFP) ou fotocomutáveis (PSFP) fundidas a proteínas de interesse, ou corantes orgânicos conjugados a anticorpos ou outras moléculas de interesse, a microscopia de localização de fotoativação por fluorescência (FPALM) pode obter imagens simultâneas de várias espécies de moléculas dentro de células únicas. Usando a abordagem a seguir, populações de um grande número (milhares a centenas de milhares) de moléculas individuais são visualizadas em células individuais e localizadas com uma precisão de ~ 10-30 nm. Os dados obtidos podem ser aplicados para entender as distribuições espaciais em nanoescala de vários tipos de proteínas dentro de uma célula. Uma das principais vantagens dessa técnica é o aumento dramático na resolução espacial: enquanto a difração limita a resolução a ~ 200-250 nm na microscopia de luz convencional, o FPALM pode dimensionar o comprimento da imagem em mais de uma ordem de magnitude menor. Como muitas hipóteses biológicas dizem respeito às relações espaciais entre diferentes biomoléculas, a resolução aprimorada do FPALM pode fornecer informações sobre questões de organização celular que antes eram inacessíveis à microscopia de fluorescência convencional. Além de detalhar os métodos de preparação de amostras e aquisição de dados, descrevemos aqui a configuração óptica do FPALM. Uma consideração adicional para os pesquisadores que desejam fazer microscopia de super-resolução é o custo: as configurações internas são significativamente mais baratas do que a maioria das máquinas de imagem disponíveis comercialmente. As limitações dessa técnica incluem a necessidade de otimizar a marcação de moléculas de interesse em amostras de células e a necessidade de software de pós-processamento para visualizar os resultados. Descrevemos aqui o uso da expressão de PAFP e PSFP para obter imagens de duas espécies de proteínas em células fixas. A extensão da técnica para células vivas também é descrita.

Introduction

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Embora existam estruturas celulares em uma ampla gama de escalas espaciais, a imagem de fluorescência da organização celular em escalas de comprimento menores que ~250 nm é restrita na microscopia convencional devido à restrição física do limite de difração. Esse limite foi superado com o advento da microscopia de localização de fotoativação por fluorescência (FPALM1) e técnicas semelhantes2,3, que podem localizar um grande número de moléculas individuais com precisão de ~ 10 nm, para gerar imagens com resolução de algumas dezenas de nanômetros. O FPALM é baseado no uso de controle óptico para ativar e inativar subconjuntos de moléculas (para uma....

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Protocol

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Observação: Uma representação diagramática dos componentes ópticos referenciados neste protocolo pode ser encontrada na Figura 1.

1. Preparação de amostras de células

  1. Células de placa em uma densidade otimizada (para células NIH-3T3, isso é aproximadamente 2-5 x 104 células/cm2) em poços de uma câmara de 8 poços. As células devem ser plaqueadas em meios completos apropriados ao tipo de célula, embora os meios devam ser feitos sem antibióticos e sem vermelho de fenol, o que contribui para a fluorescência de fundo. Observe que as condições para experimentação celular, como o intervalo ideal d....

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Results

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A hemaglutinina (HA) da influenza forma clusters da ordem de dezenas de nanômetros a micrômetros, e esses clusters colocalizam de forma variável com a actina (Figura 5). Essas distribuições espaciais corroboram imagens em escala mais grosseira dessas duas proteínas28 e a dependência das distribuições espaciais de HA na actina19. Imagens FPALM multicoloridas podem ser usadas para descrever a densidade, área e perímetro desses clusters e o grau de colocalização entre as duas espécies .......

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Discussion

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A imagem de super-resolução baseada em localização fornece muitos recursos poderosos para imagens biológicas. A rota de componentes ópticos individuais colocados na mesa para um microscópio funcional de super-resolução capaz de obter imagens simultâneas de várias espécies fluorescentes em uma amostra biológica apresenta uma série de desafios. Alguns aspectos do alinhamento são mais críticos do que outros; Nós nos esforçamos abaixo para fornecer orientação aos usuários em potencial que lidam com os aspectos mais difíceis .......

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Disclosures

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STH e MJM detêm patentes em microscopia de super-resolução. STH atua no conselho consultivo científico da Vutara, Inc.

Acknowledgements

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Os autores gostariam de agradecer a Philip Andresen, Matthew Parent e Sean Carter pela programação de computadores, assistência técnica e conversas úteis e Pat Byard pela assistência administrativa. Este trabalho foi financiado pelo NIH Career Award K25-AI65459, NIH R15 GM094713, NSF MRI CHE-0722759, Maine Technology Institute MTAF 1106 e 2061 e Maine Economic Improvement Fund.

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Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
Câmaras LabTek IINunc
Contas fluorescentesInvitrogenF-8801Esferas para calibração
Contas TetraspeckInvitrogenT-7279Quatro contas de cores para calibração
Óleo de imersão de objetivaZeiss518FÓleo de imersão para objetiva de alta NA (dependendo da escolha da objetiva)
Água HPLCFisher ScientificW5-4
MediaATCC30-2003Ou Cellgro 10-090
AntibióticosGIBCO15070-063
soroThermo ScientificSH30087.03
LipofectamineInvitrogen52887
Optimem IGIBCO11058-021
TripsinaMPBiomedicals
paraformaldeídoFisher ScientificAA433689MCUIDADO: Tóxico
1689149

References

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  1. Hess, S. T., Girirajan, T. P., Mason, M. D. Ultra-high resolution imaging by fluorescence photoactivation localization microscopy. Biophys. J. 91, 4258-4272 (2006).
  2. Rust, M. J., Bates, M., Zhuang, X. Sub-diffraction-limit imaging by stochastic Opt.....

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