1. Получение эмбрионов для анализа фотоконверсии
После скрещивания трансгенных данио-рерио, экспрессирующих PCFP, выбирают наиболее ярко светящиеся гомозиготные эмбрионы, которые затем выращивают при 28.5 °C до достижения нужной стадии эмбрионального развития15.
Примечание 1: Данный предварительный отбор позволит сканировать эмбрионы при низкой мощности лазера, предотвращая тем самым фототоксичность и фотообесцвечивание.
Примечание 2: Мы рекомендуем использовать свет низкой интенсивности при визуализации эмбрионов и содержать их в темноте из-за высокой чувствительности фотоконвертируемых флуоресцентных белков (PCFPs), таких как Kaede и KikGR, к воздействию света, включая дневной.
2. Заливка
- В стеклянном контейнере с яично-водным раствором проведите дехорионирование эмбрионов под стереомикроскопом с помощью пинцета.
- Проведите анестезию эмбрионов, перенеся дехорионированный эмбрион в раствор Tricaine (этиловый эфир 3-аминобензойной кислоты, Sigma-Aldrich) с концентрацией 0.16 mg/ml (40 µl стокового раствора 4 mg/ml в 1 ml среды E3 1X).
Примечание 1: Переносите эмбрионы с помощью стеклянной пипетки или дозатора с обрезанным кончиком (P1000), чтобы минимизировать риск повреждения эмбрионов.
Примечание 2: Молодые дехорионированные эмбрионы не должны подвергаться воздействию воздуха или подниматься к границе раздела вода/воздух, так как яйца легко разрываются при механическом воздействии.
- Перенесите анестезированный эмбрион на крышку культуральной чашки и поддерживайте его в минимально возможном объеме среды.
- Поместите эмбрион в агарозу, дозировав его с помощью 1% низкоплавкого агароза (LMA, Lonza) при 30 °C, содержащего 0,16 mg/ml трикаина, и расположите его на покровном стекле культуральной чашки с дном из покровного стекла (MatTek Corp. Ashland MA USA). Затем с помощью гладкого пластикового наконечника (например, обрезанного наконечника дозатора Microloader, Eppendorf) сориентируйте эмбрион и, после полимеризации LMA, залейте агарозу раствором трикаина в концентрации 0,16 mg/ml.
Примечание 1: Расплавьте 1% LMA при 60 °C и поддерживайте расплавленный агароз при 30 °C.
3. Фотоконверсия
- С помощью инвертированного конфокального микроскопа, оснащенного лазерными источниками с длинами волн 405 нм, 488 нм и 561 нм (например, Zeiss LSM 710), визуализируйте образец, выполнив z-стек сканирование всей структуры препарата, который в дальнейшем будет подвергнут фотоконверсии и отслеживанию с использованием лазера 488 нм (т. е., аргоновый лазер мощностью 30 мВт, при интенсивности 5–7 %, детектор настроен на 493–540 нм) и лазер с длиной волны 561 нм (т. е., лазер DPSS 561 мощностью 10 мВт, при интенсивности 7–9%, детектор настроен на 587–651) для сканирования ткани/органа на наличие зелельной и красной флуоресценции фотоконвертируемых белков соответственно.
Примечание 1: Для сканирования перед фотоконверсией мы использовали объектив Plan Apochromat 20x/NA 0.8.
Примечание 2: Всегда проводите сканирование на наличие красной флуоресценции перед началом эксперимента, чтобы исключить присутствие случайно образованного конвертированного красного PCFP.
- Выберите инструмент Time series (Временные ряды) и установите 2 цикла без интервала (один для этапа до и один для этапа после фотоконверсии).
- Выберите инструмент Regions (Области) и определите одну или несколько областей интереса (ROI) для фотоконверсии.
Примечание 1: Мы рекомендуем сначала определить точность соответствия области, которая фактически подвергается фотоконверсии сканирующим лазером в ROI (области интереса), области ROI, выбранной в программном обеспечении. Для этого измерьте площадь фотоконвертированной ткани/клеток по всем трем направлениям (xy и z) в фиксированном образце, где перемещение клеток или белков исключено. При настройках, описанных в данном приложении, ROI соответствовала области фотоконверсии с высокой точностью, однако этот параметр зависит от используемого объектива и интенсивности лазерного излучения, применяемого для фотоконверсии. Размер ROI может быть уменьшен до размера одной клетки в зависимости от числовой апертуры объектива, коэффициента увеличения и количества лазерного света, используемого для фотоконверсии.
- Выберите инструмент Bleaching и установите начало обесцвечивания после 1-го сканирования из 2. Для фотоконверсии мы использовали диодный лазер с мощностью 30 mW и длиной волны 405 nm, тщательно оптимизируя параметры для достижения минимального количества лазерного излучения, необходимого для полной фотоконверсии; это в основном достигалось путем варьирования интенсивности лазерного излучения, количества итераций сканирования ROI и времени экспозиции пикселя (т. е. скорости сканирования).
Примечание 1: Для фотоконверсии мы использовали объектив Plan Apochromat 20x/NA 0.8.
Примечание 2: Мощность лазера и количество итераций должны определяться эмпирически для каждой экспериментальной установки и должны обеспечивать полную фотоконверсию PCFP из зеленого в красный цвет в пределах ROI с минимально необходимым количеством лазерного излучения для снижения фототоксичности. Мы рекомендуем начинать испытания с низкой мощности лазера (напр. 3 %, что соответствует 0.03 mW в плоскости объектива) в сочетании с малым количеством итераций (напр. 20), и впоследствии увеличивать мощность лазера до достижения полной фотоконверсии, которая в нашем случае была достигнута при мощности лазера 10% (что соответствует 0.1 mW в плоскости объектива). В этих условиях все протестированные эмбрионы пережили процедуру. Тем не менее, мы заметили, что оболочка желтка чувствительна к лазерным импульсам и может быть легко повреждена, что приведет к гибели эмбриона. По этой причине летальность эмбрионов после фотоконверсии может возникнуть, если целевая ткань расположена близко к желтку.
- Выполните z-стек сканирование образца с использованием лазеров с длиной волны 488 nm и 561 nm для визуализации остаточной зеленой и фотоконвертированной красной флуоресценции PCFP.
Примечание 1: Для сканирования после фотоконверсии мы использовали объектив Plan Apochromat 20x/NA 0.8.
4. Извлечение эмбриона из агарозы
- Слейте раствор и осторожно извлеките эмбрион из 1% LMA с помощью иглы или гладкого пластикового наконечника.
- Содержите эмбрион в яичной воде в темноте при 28.5 °C до достижения нужной стадии развития.
Примечание 1: Важно, чтобы эмбрионы продолжали развитие в яичной воде, особенно в первые дни развития в период удлинения тела эмбриона. Действительно, некоторые эмбриональные ткани/органы меняют свое положение в процессе развития и, следовательно, требуют определенной ориентации при заливке, что зависит от конкретной исследуемой ткани/органа и желаемой стадии развития для анализа.
5. Повторная заливка
- Действуйте в соответствии с пунктом 2.) данного протокола.
6. Отслеживание фотоконвертированной ткани на более поздних стадиях развития эмбриона
- Сканирование интересующей области (z-стек) с использованием лазеров с длиной волны 488 nm и 561 nm для регистрации зеленого и красного флуоресцентных сигналов соответственно.
Примечание 1: Для сканирования через x часов после фотоконверсии мы использовали объектив Plan Apochromat 20x/NA 0.8.
Примечание 2: Поскольку данный протокол не влияет на нормальное развитие эмбриона, существует возможность наблюдать за фотоконвертированным эмбрионом на более поздних стадиях развития (для этого следуйте инструкциям, изложенным в пунктах 4 - 6).
7. Репрезентативные результаты
Пример анализа фотоконверсии показан на рисунке 1. Мы отслеживали эндотелиальные клетки в процессе развития рыбки-зебры (обзор сосудистой анатомии развивающейся рыбки-зебры см. в16). Соответственно, мы использовали репортерную линию рыбки-зебры Tg(kdrl:nlsKikGR)hsc7, экспрессирующую KikGR в ядрах эндотелия17. Гомозиготные эмбрионы с интенсивной экспрессией выращивали при 28.5 °C до 48 ч после оплодотворения (hpf). После дехорионизации эмбрионы анестезировали и заключали в LMA, располагая передне-дорсальную сторону эмбриона к покровному стеклу для лучшей визуализации сосудов головы. Для анализа фотоконверсии и последующего отслеживания фотоконвертированного белка мы использовали инвертированный конфокальный микроскоп (Zeiss LSM 710 Meta), оснащенный лазерами с длиной волны 405 nm, 488 nm и 561 nm, и объективом Plan Apochromat 20x/NA 0.8. Как показано на рисунке 1A, до фотоконверсии KikGR экспрессировался в эндотелиальной ткани и определялся только как зелетая флуоресценция при использовании аргонового лазера 488 nm. Контрольное сканирование с помощью DPSS 561-10 лазера 561 nm для выявления красной флуоресценции не обнаружило фотоконвертированного KikGR до проведения процедуры фотоконверсии (рисунок 1A). Затем область интереса (ROI) была полностью фотоконвертирована с помощью диодного лазера 405 nm (при интенсивности 10%, 20 итераций), после чего сосуды головы снова сканировали с помощью лазеров 488 nm и 561 nm (рисунок 1B). Как показано на рисунке 1B, в пределах ROI зеленый KikGR полностью перешел в красную форму. После анализа фотоконверсии эмбрион извлекали из агарозы и выращивали при 28.5 °C в яичной воде. Наконец, эмбрион повторно наблюдали через 24 ч после фотоконверсии, примерно на стадии 72 hpf, чтобы проследить за фотоконвертированными эндотелиальными клетками на более поздних этапах (рисунок 1C). Для этого эмбрион снова заключали в LMA и повторно сканировали с использованием лазеров 488 nm и 561 nm. Как показано на рисунке 1C, в эндотелиальной ткани, развившейся из фотоконвертированной ROI, наблюдались как неконвертированный, так и фотоконвертированный белки KikGR, что обусловлено стабильностью красного флуоресцентного фотоконвертированного KikGR и ресинтезом нового зеленого неконвертированного KikGR.

Рисунок 1. Фотоконверсия KikGR в процессе развития данио-рерио. (A,B) Специфический участок эндотелиальных сосудов головы был подвергнут фотоконверсии через 48 hpf в трансгенных эмбрионах Tg(kdrl:nlsKikGR)hsc7, и (C) повторно осмотрен через 24 ч после фотоконверсии (примерно 72 hpf). Показана флуоресценция KikGR (зеленый), фотоконвертированного KikGR (красный) и совмещенные каналы. Пунктирные круги обозначают область интереса (ROI) до, во время и через 24 ч после фотоконверсии. Изображения представляют собой вид на эмбрион данио-рерио сверху (дорсально), передний конец направлен вниз. Масштабный отрезок: 50 μm.
| Белок (аббревиатура) | Ex (нм) | Em (нм) | Электропроводность | Квантовый выход | Четвертичная структура | Яркость | Применение | Спр. |
| Kaede_G | 508 | 518 | 99 | 0.9 | тетрамер | 259 | Трекинг клеток | 2,6 |
| Kaede_R | 572 | 580 | 60 | 0.3 | тетрамер | 59 |
| KikGR_G | 507 | 517 | 54 | 0.7 | тетрамер | 112 | Трекинг клеток | 3,6,8-10 |
| KikGR_R | 583 | 593 | 35 | 0.6 | тетрамер | 68 |
| mKikGR_G | 505 | 515 | 49 | 0.7 | мономер | 101 | Динамическое отслеживание изображений сверхвысокого разрешения | 13 |
| mKikGR_R | 580 | 591 | 28 | 0.6 | мономер | 53 |
| EosFP_G | 506 | 516 | 72 | 0.7 | тетрамер | 150 | Трекинг клеток | 5,20 |
| EosFP_R | 571 | 581 | 41 | 0.5 | тетрамер | 67 |
| tdEos_G | 506 | 516 | 34 | 0.7 | тандемный димер | 165 | Изображения сверхвысокого разрешения | 12,14,21 |
| tdEos_R | 569 | 581 | 33 | 0.6 | тандемный димер | 59 |
| mEos2_G | 506 | 519 | 56 | 0.7 | мономер | 140 | Динамическое отслеживание изображений сверхвысокого разрешения | 11,18 |
| mEos2_R | 573 | 584 | 46 | 0.7 | мономер | 90 |
| Dendra2_G | 490 | 507 | 45 | 0.5 | мономер | 67 | Изображения сверхвысокого разрешения с динамическим отслеживанием | 4,11 |
| Dendra2_R | 553 | 573 | 35 | 0.55 | мономер | 57 |
Таблица I. Свойства фотоконвертируемых флуоресцентных белков. В таблице приведены общепринятое название и/или аббревиатура каждого PCFP, пиковые длины волн возбуждения (Ex) и эмиссии (Em), молярные коэффициенты экстинкции (EC, 10-3 M-1 cm-1 ), квантовый выход (QY), физиологически релевантная четвертичная структура, относительная яркость (в % от EGFP), область применения и ссылки на литературу. Таблица адаптирована из Day and Davidson, 20101.
| ПЦФП | Трансгенные линии данио-рерио | Пожалуйста, предоставьте исходный текст для перевода. |
| Kaede | Tg(elavl3:Kaede)rw0130a | Лаборатория Окамото |
| Tg(EPV.TP1-Mmu.Hbb:Kaede) | |
| Tg(ins:Kaede) | |
| Tg(isl1:Gal4-VP16,14xUAS:Kaede) | |
| Tg(lhx5:Kaede)b1204/+ | ZIRC |
| Tg(myl7:kaede) | |
| Tg(olig2:Kaede) | |
| Tg(UAS-E1b:Kaede)s1999t | ZIRC |
| Tg(UAS:Kaede)rk8 | ZIRC |
| Tg(vsx2:Kaede)nns2 | Лаборатория Хигасисимы |
| KikGR | Tg(kdrl:nlsKikGR) | |
| Tg(krt4:NTR-KikGR) | |
| Tg(myl7:nlsKikGR) | |
| Tg(sox10:KikGR) | |
| Tg(UAS:KikGR) | |
| EosFP | Tg(sox10:EosFP) | |
| Tg(sox10:nlsEosFP) | |
| Dendra | Tg(-8mpx:Dendra2) | |
| Tg(UAS:Dendra-kras) | |
Таблица II. Трансгенные линии данио-рерио, экспрессирующие PCFP. Данные получены из базы данных модельных организмов данио-рерио (ZFIN, http://zfin.org/). Указано наличие линий в Международном ресурсном центре данио-рерио (ZIRC, http://zebrafish.org/zirc/).