Этот протокол демонстрирует визуализацию декстрана в живых клетках с использованием непрерывного захвата и обратных изображений для оптимизации визуализации взъерошивания, созревания макропиносом и анализа декстрана и других клеточных меток.
Методическая статья
Этот протокол демонстрирует визуализацию декстрана в живых клетках с использованием непрерывного захвата и обратных изображений для оптимизации визуализации взъерошивания, созревания макропиносом и анализа декстрана и других клеточных меток.
Макропиноцитоз является высококонсервативным, но все еще не до конца изученным процессом, который необходим для поглощения и поглощения жидкости, питательных веществ в жидкой фазе и других материалов в клетках. Резкое удлинение взъерошенных поверхностей клетки, их закрытие с образованием макропиносом и созревание интернализованных макропиносом являются ключевыми событиями в этом пути, которые может быть трудно зафиксировать с помощью обычной конфокальной визуализации, основанной на отслеживании болюса флуоресцентного груза. Флуоресцентные декстраны обычно используются экспериментально в качестве маркеров жидкой фазы для макропиносом и других эндоцитарных путей. Метод, принятый лабораторией для оптимизации визуализации поглощения декстрана, включает в себя использование живой визуализации клеток, купающихся в высоких концентрациях флуоресцентного декстрана в среде, при этом немеченые клетки выглядят рельефно (черным цветом). Оборки клеток подсвечиваются для визуализации смыкания оборки, а интернализованные макропиносомы проявляются в виде флуоресцентных вакуолей внутри клетки. Этот метод оптимален для визуализации особенностей макропиносом и позволяет легко проводить сегментацию и количественную оценку. В данной работе описывается двойная маркировка путей с помощью декстран разного размера и коэкспрессия липидных зондов и флуоресцентных мембранных белков для обозначения макропиносом и других эндосом. Также продемонстрировано обнаружение интернализованного декстрана на ультраструктурном уровне с помощью корреляционного света и электронной микроскопии (CLEM). Эти клеточные процессы могут быть визуализированы с помощью нескольких методов визуализации в реальном времени, в том числе в 3D. В совокупности эти подходы оптимизируют визуализацию макропиносом для множества различных условий и экспериментальных систем.
Большинство типов клеток позвоночных разделяют врожденную способность к неизбирательному поглощению жидкости с предшественниками на протяжении всей эволюции, восходящей к одноклеточной амебе1. Этот высококонсервативный процесс поглощения жидкой фазы макропиноцитозом (обильным питьем) используется амебой в первую очередьдля получения питательных веществ1, в то время как в клетках позвоночных он также может быть путем подачи питательных веществ в условиях стресса, и он используется иммунными клетками для отбора проб и наблюдения за тканевой средой2. Макропиноцитоз имеет особенности, которые отличают его от других форм эндоцитоза, в том числе характерные большие (>0,2 мм в диаметре) вакуолярные макропиносомы, неселективный характер поглощения жидкости и растворенных веществ и сопутствующие пространства плазматической мембраны, которые оппортунистически интернализуются в макропиносомы. Неселективный характер этого поглощения означает, что сортировка и переработка должны происходить быстро для спасения основных растворимых белков и белков плазматических мембран путем их рециркуляции обратно на поверхность клетки. Большая часть материала, попадающего в макропиносомы, предназначена для деградации в лизосомах, и он направляется в эндо/лизосомальные пути через созревание макропиносом и слияние с другими эндосомами. Белки плазматической мембраны также могут быть переработаны обратно на поверхность клетки из макропиносом. В области рака существует большой интерес к пониманию процесса макропиноцитоза, который активируется в раковых клетках и помогает поддерживать их питание и пролиферацию 2,4,5,6. Макропиноцитоз происходит как конститутивно, так и может быть дополнительно индуцирован рецептор-опосредованной стимуляцией в иммунных клетках, где макропиносомы, сигнализирующие рецепторы, способствуют эндо/лизосомному процессингу для презентации антигена и обеспечивают входной портал для различных вирусов, бактерий и других патогенов 3,7.
Макропиносомы имеют несколько отличительных или уникальных маркеров. Их легче всего идентифицировать во время их формирования у основания драматических, богатых актином взборок клеточной поверхности, которые близки к поглощению жидкости8. Сразу после закрытия F-актин вокруг макропиносом деполимеризуется, а сами макропиносомы претерпевают динамические изменения, связанные с гомо- и гетеротипическим слиянием, тубуляцией иусадкой. Макропиносомы также трудно идентифицировать на ультраструктурном уровне, поскольку они не имеют характерных оболочек или других особенностей и выглядят просто как вакуоли различных размеров. Без дефинитивных мембранных маркеров макропиносома наиболее легко и традиционно определяются их жидким грузом, что экспериментально достигается с помощью флуоресцентного декстрана. Декстран представляет собой сложный полисахарид, полученный из глюкозы, который может быть связан с большим массивом флуоресцентных или электронно-плотных маркеров и добавлен в среду для поглощения клетками или перфузирован для поглощения тканями. Кроме того, декстран с большой молекулярной массой (МВт) (70 кДа) в настоящее время рассматривается как размерно-селективный груз для макропиносом, поскольку он не проникает в другие, более мелкие эндоцитарные везикулы, и стал наиболее распространенной меткой для макропиноцитоза10,11. Наблюдение за макропиноцитозом обычно включает в себя инкубацию клеток с импульсом флуоресцентного декстрана и использование неподвижных или живых клеток для флуоресцентной визуализации для просмотра болюсного мечения декстрана внутри клеток в макропиносомах. Из-за большого размера немеченые макропиносомы также могут быть просматриваемы в некоторых типах клеток с помощью фазового контраста или светлопольной микроскопии, где макропиносомы выглядят как большие белые пустые вакуоли. Некоторая контекстуальная информация получается из фазово-контрастных изображений клеток, и эти изображения затем могут быть дополнительно наложены на флуоресцентные изображения, чтобы изобразить поглощение флуоресцентного декстрана12,13. Декстраны различных размеров и с различными метками могут быть использованы для мониторинга поглощения жидкости несколькими клеточными и эндоцитарными путями 10,14,15, а декстраны могут быть применены к культурам клеток или перфузированы мышам для внутрижизненной визуализации16 или даже введены в эмбрионы мух 17 для визуализации в реальном времени.
Некоторые из трудностей, возникающих при использовании декстрана для отслеживания макропиносом, включают его утечку из макропиносом после фиксации или пермеабилизации клеток, его разбавленные или трудно обнаруживаемые уровни в клетках, которые не проявляют агрессивного макропиноцитоза, а также его динамическое развертывание и дисперсию внутри клеток во времясозревания макропиносом.. Эти проблемы усугубляются в большинстве экспериментов, которые предназначены для отслеживания поглощения одного импульса декстрана, добавленного в клетки, а затем смытого.
Вместо этого в данной статье описываются преимущества применения флуоресцентного декстрана к клеткам и оставления его в среде во время визуализации в реальном времени для регистрации непрерывного поглощения клетками. Это усиливает сигнал декстрана в макропиносомах и последующих эндосомах, демонстрируя весь путь созревания. Просмотр меченых макропиносом на фоне немеченой (черной) внутренней части клеток, в качестве высококонтрастной обратной настройки, выявляет все особенности макропиносом и, наоборот, за пределами клеток, высокофлуоресцентной средой выделяется динамическое взъерошивание клеточной поверхности. Этот метод описывает визуализацию декстрана в реальном времени для световой микроскопической, конфокальной визуализации, а также для его обнаружения после фиксации клеток с помощью коррелятивного света и электронной микроскопии (CLEM). Включенная здесь визуализация была выполнена на различных типах клеток, чтобы продемонстрировать широкую применимость этих подходов, включая активированные макрофаги и микроглиальные клетки, где макропиноцитоз очень активен и быстр, и в раковых клетках, где макропиноцитоз относительно менее распространен.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
1. Подготовка клеток на посуде со стеклянным дном 35 мм (День 0)
2. Трансфекция флуоресцентной ДНК-плазмиды (день 1) - по желанию
Примечание: Различные флуоресцентно меченные белки и зонды могут экспрессироваться временно или стабильно в клонированных клеточных линиях для специфической маркировки актиновых оборок и компартментов в эндоцитарном пути, таких как ранние эндосомы, поздние эндосомы или лизосомы.
3. Визуализация эндоцитарных везикул и макропиносом (день 2)
ПРИМЕЧАНИЕ: Флуоресцентные декстраны (Dextn Alexa Fluor 488/647 при 10 кДа МВт и Dexton Oregon Green 488/Tetramethylrhodamine при 70 кДа МВт, анионовый, определяемый лизин) различной молекулярной массы используются для мониторинга поглощения жидкой фазы в ряд эндоцитарных путей14. 70 кДа декстрана для макропиносом и 10 кДа для всех путей.
4. Корреляционная световая и электронная микроскопия (КЛЭМ) (День 3) - по желанию
5. Обработка и визуализация данных (День 4)
ПРИМЕЧАНИЕ: ФИДЖИ - пакет анализа изображений с открытым исходным кодом - используется для визуализации и анализа33.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Подход к визуализации немеченых живых клеток, погруженных в высокую концентрацию флуоресцентного декстрана, имеет ряд преимуществ по сравнению с традиционными методами визуализации для отслеживания макропиноцитоза. Благодаря отображению изображений в рельефном виде тела клеток выглядят черными и позволяют лучше визуализировать драматическое взъерошение поверхности клетки на ярком флуоресцентном фоне с последующей интернализацией в жидкой фазе макропиносом, заполненных декстраном TMR (70 кДа), как показано на
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
В данной статье описываются вариации более традиционных способов использования мечения декстрана для отслеживания макропиноцитоза, основанные на визуализации клеток в реальном времени, непрерывно купающихся во флуоресцентных декстранах, и визуализации поглощения на черном фоне немеченых клеток. Оптимизированный протокол предоставляет средства для различения различных внутриклеточных везикул и позволяет пространственно-временное отслеживание множественных макропиноцитарных и эндоцитарных ...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют об отсутствии конкурирующих финансовых интересов.
Авторы благодарят Татьяну Хромых за экспертную техническую помощь. Флуоресцентная визуализация была выполнена в микроскопии IMB с использованием Центра ультраструктуры и функции рака, финансируемого Австралийским фондом исследования рака; Электронная микроскопия проводилась в Центре микроскопии и микроанализа Университета Квинсленда. Финансирование было получено от Национального совета по здравоохранению и медицинским исследованиям Австралии (JLS APP1176209) и Австралийского исследовательского совета (DP180101910). NDC поддерживается в качестве ученого CZI Imaging Scientist грантом No 2020-225648 от Chan Zuckerberg Initiative DAF, консультативного фонда Silicon Valley Community Foundation. YH был поддержан стипендией доктора философии от правительства Австралии и финансированием от Исследовательской программы Юлгильбара Альцгеймера. Z-JX был поддержан стипендией Китайской академии наук.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| 2% тетраоксид осмия | ProSciTech | EMS19192 | |
| 647-трансферрина | , Invitrogen | Клетки T23366 | |
| BV2 | Подарок любезно предоставлен нам доктором Ливиу Бодеа (Институт мозга Квинсленда) | - | |
| CpG (класс B) | B Интегрированные технологии ДНК | Индивидуальный заказ | |
| Dextran Alexa Fluor 488 при 10 кДа МВт | Life Technology Australia Pty Ltd | D22910 | |
| Dextan Alexa Fluor 647 при 10 кДа МВт | Life Technology Australia Pty Ltd | D22914 | |
| Декстран Орегон Грин 488 при 70 кДа МВт | Life Technology Australia Pty Ltd | D1818 | |
| Декстран тетраметилродамин при 70 кДа МВт | Life Technology Australia Pty Ltd | D7173 | |
| DMEM среда с пируватом натрия и L-глутамином | Gibco Invitrogen | #11995 | |
| Фетальная сыворотка теленка | Interpath Services Pty Ltd | SFBS-F | |
| Глутаральдегидный водный раствор, ЭМ Класс 25% | ProSciTech | C002 | |
| Jeol 1011 электронный микроскоп | JEOL-L-Глутамин | ||
| Gibco Invitrogen | 25030081 | ||
| Липофектамин 2000 | Gibco Invitrogen | 11668019 | |
| MatTek Стеклянное дно Тарелка 35 мм, непокрытая решетка | MatTek Corporation | P35G-2-14-CGRD | |
| Стеклянная нижняя тарелка MatTek 35 мм без покрытия | MatTek Corporation | P35G-1.5-14C | |
| MDA-MB 231 ячейки | ATCC | HTB-26 | |
| Opti-MEM уменьшенная сыворотка среда | Thermo Fisher Scientific | 31985088 | |
| Plasmid mCherry-2XFYVE | Подарок любезно предоставлен нам доктором Фредериком Менье (Университет Квинсленда) | - | |
| Плазмида mCherry-PLCδ-PH | Подарок любезно предоставлен нам доктором Фредериком Менье (Университет Квинсленда) | - | |
| Raw 264.7 клетки | ATCC | TIB-71 | |
| RPMI среда 1640, без L-глутамина | Gibco Invitrogen | #21870 | |
| Ultrapure LPS | Jomar Life Research Pte Ltd | TLR-3PELPS | |
| Uranyl Ацетат | ProSciTech | C079 | |
| Zeiss инвертированный LSM880 конфокальный микроскоп | Zeiss | - |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Запросить разрешение на повторное использование текста или иллюстраций этой статьи JoVE
Запросить разрешение