$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
1. Получение эмбрионов для фотоконверсионного анализа
При скрещивании трансгенных рыбок данио, экспрессирующих PCFP, выбираются самые яркие, которые являются гомозиготными эмбрионами, и выращиваются при температуре 28,5 °C до желаемой эмбриональной стадии15.
Примечание 1: Этот предварительный отбор позволит сканировать эмбрионы с низкой мощностью лазера, тем самым предотвращая фототоксичность и фотообесцвечивание.
Примечание 2: Мы рекомендуем использовать свет низкой интенсивности при визуализации эмбрионов и поддерживать их в темноте из-за высокой чувствительности PCFP, таких как Kaede и KikGR, к освещению, включая дневной свет.
2. Встраивание
- В стеклянной емкости с яйцом-водой дехорионат эмбрионов под стереомикроскопом с помощью щипцов.
- Обезболивают эмбрионы путем переноса дехорионированного эмбриона в 0,16 мг/мл раствора Трикаина (3-аминобензойный кислотный эфир, Сигма-Альдрич) (40мкл 4 мг/мл стокового раствора в 1 мл среды Е3 1Х).
Примечание 1: Переносите эмбрионы с помощью стеклянной пипетки или разрезанного наконечника (P1000), чтобы свести к минимуму риск повреждения эмбрионов.
Примечание 2: Молодые дехорионированные эмбрионы не должны подвергаться воздействию воздуха или подниматься на границу раздела вода/воздух, так как яйца легко разрываются при воздействии механического воздействия.
- Перенесите обезболиваемый эмбрион на крышку чашки для культивирования и поддерживайте эмбрион в минимально возможном объеме среды.
- Перенесите эмбрион в агарозу, пипетируя эмбрион 1% агарозой с низкой температурой плавления (LMA, Lonza) при 30 °C, содержащей 0,16 мг/мл трикаина, и поместите его на покровное стекло чашки для культуры с покровным дном (MatTek Corp., Ashland, MA, США). Затем сориентируйте эмбрион с помощью гладкого пластикового наконечника (например, разрезанного наконечника для пипетки Microloader, Eppendorf) и, когда LMA полимеризуется, покройте агарозу 0,16 мг/мл раствором трикаина.
Примечание 1: Расплавьте 1% LMA при 60 °C и поддерживайте расплавленную агарозу при 30 °C.
3. Фотопреобразование
- На инвертированном конфокальном микроскопе, оснащенном лазерным источником с длиной волны 405 нм, 488 нм и 561 нм, таком как Zeiss LSM 710, визуализируйте образец с помощью сканирования z-Stack, охватывающего всю структуру образца, подлежащего фотопреобразованию, и отслеживайте его позже с помощью лазера 488 нм (т.е. лазера Ar мощностью 30 мВт с интенсивностью 5-7 %, детектора, установленного на 493-540 нм) и лазера 561 нм (т.е., лазер DPSS 561 мощностью 10 мВт, с интенсивностью 7-9 %, детектор установлен на 587-651) для сканирования ткани/органа на зеленую и красную флуоресценцию фотоконвертируемых белков, соответственно.
Примечание 1: Для сканирования перед фотоконверсией мы использовали объектив Plan Apochromat 20x/NA 0.8.
Примечание 2: Всегда сканируйте красную флуоресценцию перед экспериментом, чтобы исключить присутствие случайно сгенерированного красного преобразованного PCFP.
- Выберите инструмент Временные ряды и установите на 2 цикла без интервала (один для предварительного и один для пост-конвертации).
- Выберите инструмент «Регионы» и определите одну или несколько областей интереса (ROI) для фотопреобразования.
Примечание 1: Мы рекомендуем сначала определить точность, с которой область, фактически преобразованная сканирующим лазером в ROI, совпадает с ROI, выбранной в программном обеспечении, путем измерения площади фотопреобразованной ткани/клеток во всех трех направлениях (xy и z) в фиксированном образце, где не ожидается движения клеток или белков. Для настроек, описанных в этом приложении, ROI соответствовал области фотопреобразования с большой точностью, но это зависит от используемого объектива и количества лазера, используемого для фотопреобразования. Размер ROI может быть уменьшен до размера одной ячейки в зависимости от числовой апертуры объектива, коэффициента масштабирования и количества лазерного света, используемого для фотопреобразования.
- Выберите инструмент Отбеливание и установите начало отбеливания после сканирования 1 из 2. Мы использовали диодный лазер мощностью 30 мВт и длиной волны 405 нм для фотопреобразования и тщательно оптимизировали для минимального количества лазерного света, необходимого для полного фотопреобразования, что в основном достигается за счет изменения интенсивности лазерного света, итераций сканирования ROI и времени пикселя (т.е. скорости сканирования).
Примечание 1: Для фотопреобразования мы использовали объектив Plan Apochromat 20x/NA 0.8.
Примечание 2: Мощность лазера и количество итераций должны быть определены эмпирически для каждой экспериментальной установки и должны обеспечить полное фотопреобразование из зеленого в красный PCFP в пределах ROI с минимальным необходимым количеством лазерного света для снижения фототоксичности. Мы рекомендуем начинать испытания с использованием низкой мощности лазера (например, 3 %, что соответствует 0,03 мВт в объективном плане) в сочетании с малым количеством итераций (например, 20), и в дальнейшем увеличивать мощность лазера до тех пор, пока не будет достигнуто полное фотопреобразование, которое в наших руках было при 10% мощности лазера (что соответствует 0,1 мВт в объективном плане). В этих условиях все протестированные эмбрионы выжили после плана лечения. Тем не менее, мы заметили, что мембрана желтка чувствительна к лазерным импульсам и может быть легко повреждена, что приведет к гибели эмбриона. По этой причине летальность эмбриона после фотоконверсии может быть вызвана, если положение целевой ткани близко к телу желтка.
- Отсканируйте образец с помощью z-Stack с использованием лазеров с длиной волны 488 нм и 561 нм, чтобы визуализировать оставшийся зеленый цвет и фотопреобразованную красную флуоресценцию PCFP.
Примечание 1: Для сканирования после фотопреобразования мы использовали Plan Apochromat 20x/NA 0.8.
4. Удалить эмбрион из агарозы
- Сбросить раствор и осторожно извлечь зародыш из 1% ЛМА с помощью иглы или гладкого пластикового наконечника.
- Выдержите эмбрион в яичной воде в темноте при температуре 28,5 °C до желаемой стадии развития.
Примечание 1: Важно, чтобы эмбрионы продолжали свое развитие в яичной воде, особенно в первые дни развития во время расширения эмбрионального тела. Действительно, некоторые эмбриональные ткани/органы меняют положение в процессе развития и, следовательно, требуют специфических ориентаций во время встраивания, которые зависят от конкретной ткани/органа, представляющего интерес, и желаемой стадии развития анализа.
5. Повторное встраивание
- Действуйте так, как указано в пункте 2 настоящего протокола.
6. Отслеживание фотопреобразованной ткани на поздних эмбриональных стадиях
- Сканирование области интереса (z-Stack) с использованием лазеров для 488 нм и 561 нм для зеленого и красного флуоресцентных сигналов соответственно.
Примечание 1: Для сканирования x часов после фотопреобразования мы использовали Plan Apochromat 20x/NA 0.8.
Примечание 2: Поскольку этот протокол не влияет на нормальное развитие эмбриона, можно наблюдать за фотопреобразованным эмбрионом на более поздних стадиях развития (для этого действуйте, как описано в пунктах 4 - 6).
7. Репрезентативные результаты
Пример анализа фотоконверсии показан на рисунке 1. Мы отслеживали эндотелиальные клетки во время развития рыбок данио (обзор сосудистой анатомии развивающихся рыбок данио см.в 16). Соответственно, мы использовали репортерную линию рыбки данио Tg(kdrl:nlsKikGR)hsc7, экспрессирующую KikGR в эндотелиальных ядрах17. Гомозиготные и ярко экспрессирующие эмбрионы выращивали при температуре 28,5 °C до 48 часов после оплодотворения (HPF). После дехорионации эмбрионы подвергались анестезии и встраивались в ЛМА, располагая передне-дорсальную сторону эмбриона по направлению к покровному стеклу для лучшей визуализации сосудов головы. Для фотоконверсионного анализа и дальнейшего отслеживания фотоконвертированного белка мы используем инвертированный конфокальный микроскоп (Zeiss LSM 710 Meta), оснащенный лазерами, работающими на длинах волн 405 нм, 488 нм и 561 нм, и объектив Plan Apochromat 20x/NA 0.8. Как показано на рисунке 1A, до фотоконверсии KikGR экспрессировался в эндотелиальной ткани и был обнаружен только в виде зеленой флуоресценции с помощью аргонового лазера с длиной волны 488 нм. Контрольное сканирование с помощью лазера DPSS 561-10 с длиной волны 561 нм для красной флуоресценции не выявило фотопреобразованных KikGR до фотоконверсии (рис. 1A). Впоследствии ROI был полностью фотопреобразован с помощью диодного лазера с длиной волны 405 нм (с интенсивностью 10%, 20 итераций), а сосуды головки были снова отсканированы с помощью лазеров с длиной волны 488 нм и 561 нм (рис. 1B). Как показано на рисунке 1B, зеленый KikGR полностью переключился на красный в пределах ROI. После фотоконверсионного анализа эмбрион извлекали из агарозы и выращивали при температуре 28,5 °C в яичной воде. Наконец, эмбрион снова наблюдали через 24 часа после фотоконверсии, около 72 hpf, чтобы отслеживать фотоконвертированные эндотелиальные клетки на более поздних стадиях (рис. 1C). Таким образом, эмбрион был внедрен в ЛМА, а образец был повторно отсканирован с помощью лазеров с длиной волны 488 нм и 561 нм. Как показано на рисунке 1C, в эндотелиальной ткани, возникающей в результате фотоконвертированного ROI, наблюдались как не-, так и фотоконвертированные белки KikGR из-за стабильности красных флуоресцентных фотоконвертированных KikGR и ресинтеза новых зеленых нефотоконвертированных KikGR.

Рисунок 1. Фотоконверсия KikGR в процессе развития рыбок данио. (A,B) Специфическая область сосудистой сети эндотелиальной головки была фотоконвертирована при 48 hpf у трансгенных эмбрионов Tg(kdrl:nlsKikGR)hsc7 и (C) наблюдалась повторно через 24 часа после фотоконверсии (около 72 hpf). Показаны флуоресценция KikGR (зеленый), фотопреобразованный KikGR (красный) и объединенные каналы. Пунктирные круги показывают ROI до, после и через 24 часа после фотоконверсии. Изображения представляют собой дорсальный вид эмбриона данио-рерио, расположенного спереди от дна. Масштабные линейки: 50 μм.
шт.
шт.
| Белок (аббревиатура) | Ex (нм) | Em (нм) | Европейское сообщество | QY | Четвертичное строение | яркость | приложение | Ссылка |
| Kaede_G | 508 | 518 | 99 | 0,9 | Тетрамер | 259 | Отслеживание ячеек | 2,6 |
| Kaede_R | 572 | 580 | 60 | 0,3 | Тетрамер | 59 |
| KikGR_G | 507 | 517 | 54 | 0,7 | Тетрамер | 112 | Отслеживание ячеек | 3,6,8-10 |
| KikGR_R | 583 | 593 | 35 | 0,6 | Тетрамер | 68 |
| mKikGR_G | 505 | 515 | 49 | 0,7 | мономер | 101 | Динамическое слежение Изображения сверхвысокого разрешения | 13 |
| mKikGR_R | 580 | 591 | 28 | 0,6 | мономер | 53 |
| EosFP_G | 506 | 516 | 72 | 0,7 | Тетрамер | 150 | Отслеживание ячеек | 5,20 |
| EosFP_R | 571 | 581 | 41 | 0,5 | Тетрамер | 67 |
| tdEos_G | 506 | 516 | 34 | 0,7 | Тандемный димер | 165 | Изображения со сверхвысоким разрешением | 12,14,21 |
| tdEos_R | 569 | 581 | 33 | 0,6 | Тандемный димер | 59 |
| mEos2_G | 506 | 519 | 56 | 0,7 | мономер | 140 | Динамическое слежение Изображения сверхвысокого разрешения | 11,18 |
| mEos2_R | 573 | 584 | 46 | 0,7 | мономер | 90 |
| Dendra2_G | 490 | 507 | 45 | 0,5 | мономер | 67 | Динамическое слежение Изображения сверхвысокого разрешения | 4,11 |
| Dendra2_R | 553 | 573 | 35 | 0,55 | мономер | 57 |
Таблица I. Свойства фотоконвертируемых флуоресцентных белков. Наряду с общим названием и/или аббревиатурой для каждого PCFP в таблице приведены пиковые длины волн возбуждения (Ex) и излучения (Em), молярные коэффициенты экстинкции (EC, 10-3 M-1 см-1), квантовый выход (QY), физиологически значимая четвертичная структура, относительная яркость (в % от EGFP), применение и ссылки. Таблица адаптирована из Day and Davidson, 20101.
| ФКП | Трансгенные линии данио-рерио | источник |
| 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 Хигасидзима |
| KikGR | Tg(kdrl:nlsKikGR) | |
| Tg(krt4:NTR-KikGR) | |
| Tg(myl7:nlsKikGR) | |
| Tg(sox10:KikGR) | |
| Tg(UAS:KikGR) | |
| EosFP | Tg(sox10:EosFP) | |
| Tg(sox10:nlsEosFP) | |
| Дендра | Tg(-8mpx:Dendra2) | |
| Tg(UAS:Dendra-kras) | |
Таблица II. Трансгенные линии данио-рерио, экспрессирующие PCFPs. Данные получены в базе данных модельных организмов данио-рерио (ZFIN, http://zfin.org/). Указано наличие линий в Международном ресурсном центре данио-рерио (ZIRC, http://zebrafish.org/zirc/).