Todos os experimentos com animais foram realizados de acordo com as diretrizes da Comunidade Europeia e aprovados pelo Ministério da Agricultura francês (autorização nº 75-1170) e pela Direction Générale de la Recherche et de l'Innovation (DGRI; Acordo OGM número DUO-5291). Os camundongos foram alojados no biotério em um ciclo claro/escuro de 12 horas, com temperatura ambiente de 22-24 °C e umidade de 40%-50%. Os camundongos usados aqui incluem fêmeas OF1 (Oncins France 1, 8 a 12 semanas de idade) e fêmeas C57BL/6 (10 a 14 semanas de idade).
1. Coleta e preparo de ovócitos
- Coletar ovócitos de camundongos de 8 a 14 semanas de idade, conforme descrito em18 e19.
- Resumidamente, primeiro extrato de ovários de camundongos como em18 em meio pré-aquecido (37 °C) M2+Bovino Serum Albumina (BSA) suplementado com 1 μM de Milrinona19, que impede a retomada da meiose em ovócitos.
- Punção de folículos ovarianos com agulhas cirúrgicas para liberação de ovócitos em crescimento dos folículos antrais (fim do crescimento oocitário20).
- Coletar ovócitos do tamanho necessário para experimentos (ovócitos em crescimento e/ou totalmente crescidos) com uma micropipeta especializada para coleta de ovócitos, antes de lavar e passar para pratos com meio fresco sob óleo mineral.
- Dissociar mecanicamente os ovócitos das células foliculares antrais por pipetagem para cima e para baixo e deixar estabilizar por 1 h na incubadora a 37 °C antes de prosseguir com as etapas experimentais subsequentes.
NOTA: Os ovócitos são mantidos a 37 °C durante todas as etapas experimentais. Para este protocolo, foram coletados os ovócitos maiores, que são os mais crescidos.
2. Microinjeção de ovócitos
NOTA: Para capturar a atividade baseada no citoesqueleto no citoplasma, imagens ao vivo de campo brilhante são usadas. Portanto, não é necessária a microinjeção de marcadores fluorescentes, e o protocolo pode ser retomado na etapa 3. Para obter a imagem do contorno nuclear, foi utilizada a sonda Rango, que exibia a etiqueta YFP em seu término N e uma tag CFP em seu término C21,22. Quando fotografado em ovócitos a 488 nm, ele marca todo o núcleo, exceto o nucléolo23, e exibe um contorno nuclear muito nítido. Para a visualização das manchas nucleares, foi utilizado o SRSF2-GFP (NM_011358), um marcador de manchas nucleares11. O mesmo meio é usado para coleta de ovócitos, microinjeção, tradução complementar de RNA e imagens de células vivas.
- Linearizar o plasmídeo de Rango com o plasmídeo SfiI ou SRSF2-GFP com enzimas de restrição AgeI.
- Sintetizar RNAs complementares (cRNA) tampados com o kit de transcrição in vitro apropriado de acordo com o promotor (T3 para Rango e T7 para SRSF2-GFP) e purificá-los usando um kit de purificação em coluna, como descrito anteriormente24.
NOTA: RNA de poliadenilato SRSF2-GFP usando um kit de poliadenilação para aumentar a estabilidade do cRNA. Dois promotores diferentes são usados devido a diferenças na espinha dorsal do plasmídeo.
- Meça as concentrações de cRNA usando um espectrofotômetro de microvolume.
- Diluir o cRNA de Rango para 1000 ng/μL e o cRNA de SRSF2-GFP para 600 ng/μL em dH2O.
- Centrifugar alíquota de cRNA a 4 °C durante, pelo menos, 60 minutos a 25.000 x g antes da microinjeção.
- Injetar cRNAs que codificam para YFP-Rango ou SRSF2-GFP conforme descrito em11,25 no citoplasma de ovócitos em meio de 37 °C M2+ BSA+Milrinona usando um microinjetor.
- Incubar os ovócitos durante pelo menos 2 h em meio de cultura a 37 °C para tradução do cRNA.
- Depositar ovócitos em pequenas gotículas de meio de cultura (5 μL) em uma placa de cultura de tecido de 35 mm com fundo de vidro coberto com óleo mineral. Coloque um ovócito por gota para evitar o fotobranqueamento dos ovócitos vizinhos.
3. Imagem de células vivas
NOTA: Oócitos vivos de camundongos foram examinados com microscópio confocal invertido equipado com objetiva de imersão em óleo Plan-APO 40x/1,25 NA, plataforma de varredura motorizada, câmara de incubação (37 °C), câmera CCD acoplada a uma roda de filtro e disco giratório. Imagens de alta resolução temporal são adquiridas usando Metamorph (doravante referido como o software de imagem) no modo de aquisição de fluxo.
- Abra a janela Adquirir do software de geração de imagens.
- Defina o tempo de exposição para 500 ms, área da câmera no Full Chip e binning em 1.
- Na guia Adquirir , defina a iluminação para o canal necessário. Para obter imagens da atividade citoplasmática, ilumine os ovócitos com luz transmitida. Para obter imagens do núcleo marcado com YFP-Rango ou SRSF2-GFP, ilumine ovócitos com comprimento de onda de excitação de 491 nm.
- Para experimentos de agitação citoplasmática ou YFP-Rango, concentre-se no nucléolo do ovócito, que pode ser facilmente observado com a luz transmitida (Figura 3A). Um único avião será adquirido. Para experimentos com speckle nuclear, concentre-se em gotículas SRSF2-GFP (Figura 3C).
- Na guia Especial , defina parâmetros para otimizar a velocidade de aquisição, conforme abaixo.
Obturador da câmera: Aberto para exposição
Modo claro: LIMPAR PRÉ-SEQUÊNCIA
- Abra a janela Aquisição de fluxo do software de geração de imagens. Defina os parâmetros de streaming de acordo com o experimento. Para ambos osestudos10,11, utilizamos os parâmetros descritos a seguir.
- Na guia Adquirir , defina os seguintes parâmetros.
Modo de aquisição: Stream para RAM
Número de quadros: 480 (pode ser reduzido para 240 quadros para diminuir o tempo de imagem)
Parâmetros da câmera: Adquira imagens na taxa de quadros
Número (Nb) de quadros a ignorar: 0
- Na guia Parâmetros do controlador da câmera digital , defina os seguintes parâmetros.
Estado da câmera: HALT
Modo do obturador: ABRIR NUNCA
Modo claro: LIMPAR PRÉ-SEQUÊNCIA
Nb de quadros em média: 1
NOTA 1: No modo de fluxo, uma vez definido o tempo de exposição, a duração do filme é determinada pelo número de quadros. Por exemplo, 500 ms de tempo de exposição e 480 quadros geram um filme de 4 min. Uma visualização pode ser exibida durante a aquisição da imagem.
- Ajuste uma região de interesse (ROI) ao redor do objeto. Minimizar a área do ROI reduz o tempo de aquisição.
- Clique em Adquirir na janela Aquisição de fluxo para iniciar o filme.
- Salve o filme como um arquivo .tif no final da aquisição.
NOTA: Para acompanhar estruturas nucleares durante filmes de alta resolução temporal, as sondas nucleares (YFP-Rango e SRSF2-GFP) devem ter uma alta relação sinal-ruído para facilitar a segmentação dos objetos durante as etapas posteriores da análise das imagens. Os perfis exógenos de expressão de SRSF2-GFP devem ser comparáveis às imunomarcações nucleares endógenas speckle (Figura 3C-D). Alterações nos perfis de expressão de SRSF2-GFP em relação à coloração endógena podem refletir altas doses de injeção de cRNA e tradução26 (Figura 3C-D).
4. Análise da imagem: Agitação citoplasmática
NOTA: A agitação citoplasmática que reflete a intensidade da atividade citoesquelética baseada em actina em ovócitos é determinada por análises de correlação de imagem usando um software de uma publicação anterior do laboratório9 e disponível em27. O software mede quanta intensidade de pixel é conservada entre imagens consecutivas. A saída é a perda de correlação entre as imagens no tempo, começando em 1 e diminuindo exponencialmente com o tempo, como em9.
- Alinhe imagens brutas de lapso de tempo (Δt=0,5 s) usando o plug-in Fiji StackReg (Plugins>StackReg). Para instalar o plugin StackReg28, ative o site de atualização BIG-EPFL29 para obter acesso ao plugin.
- Calcule as correlações de imagem de campo claro em 3 a 4 regiões citoplasmáticas de ~300 μm2 seguindo as etapas abaixo.
- Recorte as regiões e salve-as como arquivos de filme separados. Abra a janela Terminal.
- Digite oocyte, pressione a barra de espaço e, em seguida, pressione Enter. Uma janela chamada Signal and Slot é exibida. Escolha os arquivos de filme cortados que serão analisados.
NOTA: Vários filmes podem ser selecionados ao mesmo tempo.
- O aplicativo retorna arquivos na mesma pasta que os filmes. Três arquivos diferentes com extensões .csv, .eps e .xls são gerados. O arquivo .xls contém os dados para desenhar os gráficos de correlação para uma região. Valores médios de correlação de diferentes regiões dentro de uma célula.
- Para fins de clareza visual, transforme os valores finais de correlação subtraindo o valor de cada ponto de tempo de 1 para obter uma curva exponencial invertida como em 11.
5. Análise de imagem: Mapas vetoriais citoplasmáticos
NOTA: Mapas vetoriais citoplasmáticos de oócitos de camundongos foram gerados pelo plugin Spatiotemporal Image Correlation Spectroscopy (STICS)30 previamente implementado para detectar fluxos citoplasmáticos em oócitos de camundongos31 em Fiji 32 e disponível em 33. Os mapas mostram a magnitude e direção da velocidade do fluxo citoplasmático, como em9 e11.
- Converta imagens de lapso de tempo de campo brilhante (Δt = 0,5 s) para o formato de 32 bits.
- Realinhe as imagens com o plugin Fiji StackReg em Plugins > StackReg e escolha Transformação de corpo rígido .
- Com a pilha de plugins subtrair média móvel jru v2 (em ferramentas Detrend da suíte de plugins STICS), livre-se de estruturas estacionárias no filme subtraindo a imagem de tempo médio do filme. As caixas de seleção Subtrair Média Estática e Subpilha de Saída, selecione Manter Média Espacial e defina o período em 5.
- Desenhe um ROI em torno do ovócito, excluindo o córtex para evitar efeitos de borda do plugin.
- Inicie o plugin JRU V2 do mapa STICS (em ferramentas ICS), com tamanho de sub-região de 32 pixels, tamanho de passo de 16 pixels, deslocamento temporal STICS de 3, deslocamentos X e Y de 0, multiplicador de velocidade de 8, limite de magnitude de 0 e caixas de seleção de Normalizar Comprimento Vetorial, Vetores Centrais, Velocidades de Saída e Usar Máscara de Filme.
NOTA: O plugin gera um mapa do ovócito em formato .tif, exibindo fluxos citoplasmáticos como vetores com cores indicando amplitudes de fluxo, como em9 e11, e um arquivo excel com velocidades de fluxo medidas.
6. Análise de imagem: flutuações do contorno nuclear
NOTA: As flutuações do contorno nuclear que refletem a agitação da membrana nuclear podem ser determinadas a partir de filmes de núcleos marcados com YFP-Rango (Figura 4A,C). A análise de imagens para flutuações de contorno nuclear requer Fiji e a instalação dos plugins StackReg (ativar o site de atualização BIG-EPFL29 para obter acesso ao plugin StackReg), PureDenoise34 e Ovocyte_nucleus. O plugin StackReg realiza o registro de imagens para corrigir possíveis movimentos globais. O plugin PureDenoise remove o ruído de imagens multidimensionais corrompidas pelo ruído misto de Poisson-Gaussian e suaviza o contorno nuclear. O plugin Ovocyte_nucleus limita o sinal e preenche o orifício correspondente ao nucléolo para criar uma máscara de núcleo binário, realinhá-lo com StackRreg e calcular a distância r do centroide da máscara de núcleo até a circunferência da máscara para todos os ângulos θ (θ° de 0° a 360° por incremento de 1°), como na Figura 4. Todos os códigos para esses plugins podem ser encontrados em 35.
- Em Fiji, no menu Plugins > CIRB > Verlhac , selecione Ovocyte Nucleus Shape.
- Na caixa de diálogo, execute a seguinte seleção.
- Selecione a pasta que contém os filmes a serem analisados.
- Selecione o ângulo θ (um valor de 1° a 360° pode ser escolhido e um valor de 1° foi usado para a resolução ideal do contorno), as margens para o recorte (recomenda-se 5 μm para manter todo o núcleo).
- Selecione a calibração XY e o intervalo de tempo. Clique em OK.
Observação : os resultados são fornecidos como arquivos de .xls em uma pasta de saída na pasta que contém os filmes originais. Este arquivo exibe todos os raios r medidos para cada tempo t e cada ângulo θ. Um exemplo de arquivo de saída é fornecido na Tabela Suplementar 1. A pasta de saída também contém um filme da máscara do núcleo.
- Usando uma planilha, calcule o raio médio R em todos os pontos de tempo t para cada ângulo θ definido. Isso permite plotar a forma média ao longo do tempo (Figura 4B). Ver exemplo na Tabela Suplementar 2.
- Para cada t e θ subtraia o raio médio R ao longo do tempo do raio r. A variância (r-R)2 é uma medida das flutuações do envelope nuclear.
- Calcular a média das flutuações para todos os pontos de tempo t e todos os ângulos θ para cada núcleo e, eventualmente, para todos os núcleos de uma condição.
NOTA: Quando a forma dos núcleos é significativamente alterada, como no caso de um citoesqueleto rompido, os núcleos marcados com YFP-Rango são girados em Fiji para orientar a parte lisa para cima e a invaginação para baixo, antes de prosseguir com a análise das flutuações do contorno nuclear, como em10.
7. Análise de imagem: Movimentos de speckle nuclear (dinâmica difusiva)
NOTA: A análise do movimento do speckle nuclear permite deduzir o tipo de dinâmica (dirigida, difusiva ou confinada) dessas organelas a partir de seus rastros.
- Selecione imagens em modo fluxo de ovócitos expressando gotículas SRSF2-GFP que se movem principalmente no eixo X-Y.
- Correção para clareamento de imagens time-lapse de ovócitos expressando SRSF2-GFP usando o método de correspondência de histograma em Fiji (Image > Adjust > Bleach Correction).
- Realinhe as imagens com o plugin Fiji StackReg.
- Rastreie os centros de droplets SRSF2-GFP usando o plugin Fiji Manual Tracking (Plugins > Tracking > Manual Tracking). Pressione Adicionar faixa para iniciar o rastreamento e pressione End Track quando terminar. Não ative a correção de centralização.
- Copie as trilhas para um arquivo de planilha para prosseguir com os cálculos de Deslocamentos Quadrados Médios (MSD) temporais como em 11 e calcule as DMEs temporais a partir de cada trajetória de gotículas de 20 s.
- Ajuste de curvas (msd(t) = beta x tα) com o método de Nelder-Mead utilizando o software R para estimar o expoente de difusão alfa (α).
- Medir o coeficiente de difusão efetivo para poder comparar as diferentes condições, uma vez que se espera que a difusão seja anômala (α< 1).
- Calcular o coeficiente de difusão efetivo Deff a partir de um ajuste linear (alfa=1) nos 40 primeiros pontos (20 s) da curva temporal MSD e normalizar pelo tamanho da gota (Deff em μm2/s x 3/2 πr em μm).
8. Análise da imagem: Flutuações da superfície do speckle nuclear
NOTA: A evolução do contorno do pontilhado nuclear no tempo, uma leitura da transmissão de força ativa nessas organelas, foi medida com um plugin personalizado Radioak36 para uso em Fiji e disponível em37. O plugin extrai os valores de raios de uma determinada seleção para todos os ângulos ao redor do centro de seleção. A variação da forma ao longo do tempo foi medida comparando-se o valor do raio em relação ao seu valor médio para cada ângulo. O plugin permite quantificar as flutuações de forma e oferece uma opção para visualizar essas dinâmicas. Para instalá-lo, baixe o arquivo Radioak_.jar e coloque-o na pasta plugins de Fiji. Reinicie Fiji. Este plugin é uma versão atualizada do plugin usado para analisar as flutuações do esboço nuclear acima e implementar um pipeline comparável.
- Em filmes de fluxo de gotículas SRSF2-GFP, selecione gotículas maiores de tamanhos comparáveis (raio ~2,5 μm).
NOTA: Se as gotículas forem muito pequenas, a resolução insuficiente levará a medições de flutuação de superfície aberrantes.
- Corte imagens de lapso de tempo de gotículas de 15 s (Δt= 0,5 s) desenhando um retângulo ao redor da gota e selecione Imagem > Corte (Figura 5).
- Realinhe as imagens com o plugin Fiji StackReg em Plugins > StackReg e escolha Transformação de corpo rígido .
- Suavizar a imagem para remover o ruído ao redor da gota usando a opção Fiji Smoothen em Process.
- Crie máscara binária de gota usando a opção Converter em Máscara em Fiji em Processo > Binário. Use o método Default e Dark para o plano de fundo (Figura 5).
- Analise a máscara de gotícula binária gerada usando a opção Analisar partículas em Fiji em Analisar, selecione as opções Limpar resultados e Adicionar ao Gerenciador e salve a região de interesses (ROIs) no RoiManager (Mais > Salvar) em formato zip para ser lido pelo Radioak. Os ROIs devem ser salvos em uma pasta chamada contornos na mesma pasta dos filmes, em arquivos chamados imagename_UnetCortex.zip para cada filme a ser encontrado pelo Radioak.
- No menu Fiji Plugins > CIRB > Radioak , selecione Get Radii para processar apenas um filme ou Do One Folder para analisar todos os filmes da mesma pasta.
Observação : uma janela aparece para selecionar o número de ângulo e escala. Radioak foi lançado com incrementos angulares de 1° de 0° a 360° (entrada de 360) e os valores de raios foram extraídos.
- Selecione o filme ou a pasta que contém os filmes a serem analisados. Os resultados são fornecidos como arquivos .xls (um para cada filme) em um diretório radioakres na pasta que contém os filmes originais. Cada arquivo exibe todos os raios medidos (em μm se o parâmetro de escala foi preenchido) para cada tempo t (em corte) e cada ângulo (em radianos; Figura 5; ver exemplo de .xls saída no Quadro Suplementar 3).
- Na planilha, calcule o raio médio R em todos os pontos de tempo t para cada ângulo definido (veja exemplo na Tabela Suplementar 4). Isso permite plotar a forma média ao longo do tempo.
- Plotar a variância (r-R)2 em μm2 que corresponde à medida das flutuações da superfície das gotículas.