Флуоресцентная микроскопия (ФМ) может быть использована для определения локализации и распределения белка-мишени. Тем не менее, контекст, который окружает целевой белок, теряется, что имеет решающее значение для тщательного изучения целевого белка. Электронная микроскопия (ЭМ) имеет высочайшее разрешение изображения, предоставляя несколько субклеточных деталей. Тем не менее, у EM отсутствует маркировка мишеней. Благодаря точному слиянию флуоресцентного изображения, полученного с помощью ФМ, с серым изображением, полученным с помощью ЭМ, коррелятивная световая и электронная микроскопия (КЛЭМ) может объединить информацию, полученную этими двумя режимами визуализации 1,2,3,4.
CLEM — это компромисс между флуоресценцией и ультраструктурой1. Из-за ограничений современных флуоресцентных белков и традиционных процедур подготовки образцов для ЭМ, особенно с использованием осминовой кислоты (OsO4) и гидрофобных смол, таких как Epon, ультраструктура всегда нарушает флуоресценцию5. OsO4 является незаменимым реагентом при подготовке образцов для ЭМ, который используется для повышения контрастности ЭМ-изображений. По сравнению с другими смолами для встраивания, Epon превосходит его по сохранению ультраструктуры и свойствам секционирования5. Однако ни один флуоресцентный белок не может удерживать флуоресцентный сигнал после обработки OsO4 и встраивания Epon6. Для преодоления ограничений, накладываемых флуоресцентными белками, был разработан метод предварительного встраивания КЛЕМ, при котором ФМ-визуализация проводится перед подготовкой ЭМ-образца6. Однако недостатком предварительного встраивания CLEM является неточная регистрация между FM и EM изображениями5.
Напротив, метод КЛЭМ после встраивания выполняет ЧМ-визуализацию после подготовки ЭМ образца, точность регистрации которой может достигать 6-7 нм 5,6. Для сохранения флуоресценции флуоресцентных белков использовали очень низкие концентрации OsO4 (0,001%)3 или методы получения ЭМ 4,7 с замораживанием под высоким давлением (HPF) и замораживанием (FS) 4,7 за счет нарушения ультраструктуры или контрастности ЭМ-изображения. Разработка mEos4b в значительной степени способствует прогрессу после встраивания CLEM, хотя в качестве встраивающей смолы используется глицидилметакрилат5. С развитием mEosEM, который может выдерживать окрашивание OsO4 и встраивание Epon, впервые был достигнут CLEM сверхвысокого разрешения после встраивания Epon, сохраняющий флуоресценцию и ультраструктуру одновременно6. После mEosEM было разработано несколько флуоресцентных белков, которые могут пережить окрашиваниеOsO4 и встраивание эпона 8,9,10,11. Это в значительной степени способствует развитию CLEM.
Существует три ключевых аспекта Epon после встраивания CLEM. Во-первых, это флуоресцентный белок, который должен поддерживать флуоресцентный сигнал после подготовки ЭМ-образца. Согласно нашему опыту, mScarlet превосходит другие флуоресцентные белки. Во-вторых, как найти ту же самую клетку, которую визуализирует ФМ-визуализация при ЭМ-визуализации. Чтобы решить эту проблему, мы усовершенствовали процедуру этого шага, чтобы можно было легко найти целевую клетку. Последним является метод выравнивания FM-изображения с электромагнитным изображением. Здесь мы подробно опишем регистрацию между FM и EM изображениями. В этом протоколе мы экспрессируем mScarlet в нейронах VGLUT2 и демонстрируем, что mScarlet может нацеливаться на вторичные лизосомы с помощью Epon после встраивания CLEM. Мы предоставляем пошаговую информацию для Epon после встраивания CLEM без ущерба для флуоресценции и ультраструктуры.