इस प्रोटोकॉल में, हम Drosophila अप्रत्यक्ष उड़ान मांसपेशी में mitochondrial संरचना स्पष्ट करने के लिए धारावाहिक धारा इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी के आवेदन प्रदर्शित करता है ।
Mitochondria का उत्पादन करने वाले सेलुलर बिजलीघर हैं, जो एटीपी, लिपिड, और चयापचयों, साथ ही कैल्शियम homeostasis और कोशिका मृत्यु को विनियमित करते हैं । इस organelle के अनूठे cristae-रिच डबल झिल्ली ultrastructure में अनेक कार्य करने के लिए सुरुचिपूर्ण ढंग से गैर-अणुओं का विभाजन करके व्यवस्थित किया जाता है. Mitochondrial ultrastructure परिचित विभिंन कार्यों के साथ जुड़ा हुआ है; हालांकि, इन संरचना-समारोह संबंधों के ठीक विवरण केवल वर्णन किया जा करने के लिए शुरू कर रहे हैं । यहाँ, हम Drosophila अप्रत्यक्ष उड़ान मांसपेशी में mitochondrial संरचना स्पष्ट करने के लिए धारावाहिक धारा इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी के आवेदन का प्रदर्शन । धारावाहिक खंड इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी तीन आयामों में किसी भी सेलुलर संरचना का अध्ययन करने के लिए अनुकूलित किया जा सकता है ।
इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी सेलुलर प्रक्रियाओं का प्रदर्शन है कि उपसेलुलर विधानसभाओं और organelles के संरचनात्मक संदर्भ का अध्ययन करने के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण है । तरीकों को या तो aldehydes के साथ रासायनिक निर्धारण या उच्च दाब ठंड (HPF) द्वारा फ्रीज प्रतिस्थापन (FS)1,2के बाद के ऊतकों या कोशिकाओं के ultrastructure के संरक्षण के लिए विकसित किया गया है । एंबेडेड नमूना ब्लॉकों तो खोदी जा सकती है, दाग, और एक संचरण इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोप (उनि) के साथ मनाया । HPF नमूना भी क्रायो के तहत कार्रवाई की जा सकती है-हालत, जैसे क्रायो द्वारा या खंड द्वारा केंद्रित आयन बीम (मिथ्या) मिलिंग, और द्वारा मनाया क्रायो-EM3,4।
हालांकि पतली अनुभाग EM जानकारीपूर्ण रूपात्मक अंतर्दृष्टि प्रदान करता है, जिसके परिणामस्वरूप 2d छवियों केवल एक विशेष पार के ultrastructure-अनुभाग प्रकट कर सकते हैं । कैसे ultrastructure एक 3 डी मात्रा में आयोजित किया जाता है अस्पष्ट रहता है । आदेश में सेलुलर ultrastructure कल्पना करने के लिए तीन आयामों में, एक इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी विधि विकसित किया गया था जहां झुकाव छवियों की श्रृंखला का अधिग्रहण किया गया और वापस एक tomographic पुनर्निर्माण5 उत्पंन करने के लिए अनुमानित (चित्रा 1) । एक डबल झुकाव श्रृंखला नमूने ९० ° घूर्णन और एक दूसरे झुकाव श्रृंखला प्राप्त करने के द्वारा एकत्र किया जा सकता है । यह लापता कील कलाकृतियों कि सीमित नमूना कोण से परिणाम और स्कैन के समाधान में सुधार को कम करेगा ।
यहाँ, हम Drosophila अप्रत्यक्ष उड़ान मांसपेशी (IFM)6,7,8,9 के mitochondrial ultrastructure अध्ययन करने के लिए धारावाहिक खंड इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी के आवेदन का वर्णन . आदेश में पूरे mitochondria कवर 3 डी पुनर्निर्माण प्राप्त करने के लिए (लगभग २.५ µm-मोटी), धारावाहिक वर्गों के Drosophila IFM ऊतक ब्लॉकों से प्राप्त किया गया । प्रत्येक अनुभाग के Tomograms स्वचालित डेटा संग्रह सॉफ़्टवेयर का उपयोग करके व्यक्तिगत रूप से एकत्रित किए गए थे । Tomographic पुनर्निर्माण उत्पंन किए गए थे और सीरियल tomograms IMOD पैकेज के साथ एक पूरे mitochondrion का एक खंगाला खंड प्राप्त करने के लिए शामिल किए गए थे । कट्टे tomograms 3डी साफ्टवेयर से विश्लेषण किया गया । mitochondrial cristae के घनत्व को सेगमेंट में विभाजित किया गया जिससे संगठन को तीन-आयामों में पता चला ।
इस प्रोटोकॉल में, हम Drosophila अप्रत्यक्ष उड़ान मांसपेशी के 3d mitochondrial ultrastructure का अध्ययन करने के लिए धारावाहिक-खंड इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी लागू करने के लिए एक अनुकूलित कार्यप्रवाह का वर्णन । नमूने में ultrastructure के संरक्षण के विश्लेषण के इस प्रकार के लिए प्राथमिक तकनीकी चुनौती है । आदेश में सबसे अच्छा ultrastructure के संरक्षण के लिए दो methodological कदम शामिल थे । सबसे पहले, ऊतक के रूप में संभव के रूप में ज्यादा ऊतक वास्तुकला को बनाए रखने के लिए ब्लेड microtome हिल के साथ खोदी द्वारा नमूना था । दूसरा, एक HPF/FS प्रोटोकॉल एंबेडेड नमूना ब्लॉकों की तैयारी के दौरान organelle ultrastructure को संरक्षित करने के लिए अनुकूलित किया गया था । नमूनों उच्च दबाव है, जो पानी की ठंड बिंदु को कम करती है और बर्फ क्रिस्टल के गठन कि नुकसान ultrastructure1कम कर देता है के तहत जमे हुए थे । ०.१ mm के रूप में मोटी नमूनों तुरंत vitrified जा सकता है, और फिर प्रतिस्थापन फ्रीज करने के लिए उंहें विश्लेषण के लिए नमूना ब्लॉकों उत्पंन अधीन । HPF/एफएस द्वारा ultrastructure के सुधार संरक्षण, रासायनिक निर्धारण के तरीकों की तुलना में जब उल्लेख किया गया था । नमूना तैयारी, mitochondrial डबल झिल्ली और cristae झिल्ली के संरक्षण के लिए कदम की इस श्रृंखला का उपयोग नाटकीय रूप से सुधार हुआ था ।
नमूना के धारावाहिक वर्गों प्राप्त करने के लिए विधि का सबसे चुनौतीपूर्ण कदम है । के रूप में इलेक्ट्रॉन बीम सीमित पैठ शक्ति है, खंड की मोटाई या तो २५० एनएम या ५०० एनएम २०० केवी या ३०० केवी, क्रमशः में एक उनि ऑपरेटिंग प्रयोग का उपयोग करने के लिए प्रतिबंधित है । एक mitochondrion की मोटाई से अधिक 2 µm हो सकता है, क्योंकि सीरियल अनुभागों पूर्ण वॉल्यूम reकंस्ट्रक्शन प्राप्त करने के लिए आवश्यक हैं । हालांकि, एक पूरे organelle अवधि के लिए धारावाहिक वर्गों की एक पर्याप्त संख्या ठीक एक तकनीकी चुनौती है । ब्लॉक चेहरा ट्रिमिंग चतुर्भुज के ठिकानों के बीच संभव के रूप में फ्लैट के रूप में हो सकता है एक स्लॉट ग्रिड अधिक वर्गों को समायोजित करने के लिए अनुमति देते हैं और इस प्रकार बड़ी मात्रा को कवर कर सकते हैं. इसके अतिरिक्त, पतले वर्गों के लिए एक परिपूर्ण पाश का उपयोग धारावाहिक वर्गों ग्रिड को स्थानांतरित करने की सफलता की दर बढ़ जाती है.
धारावाहिक खंड इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी मानक EM कोर उपकरणों के साथ पूरा किया जा सकता है । हालांकि, विधि कुछ अपरिहार्य सीमाएं है कि तकनीकी बाधाओं से उत्पंन होता है । एक यह है कि सामग्री अनिवार्य रूप से धारावाहिक वर्गों के बीच खो दिया है, शामिल पुनर्निर्माण में अंतराल जा रहा है । दूसरा लापता कील विरूपण साक्ष्य है, जो सीमित झुकाव कोण है कि प्राप्त कर रहे है के कारण उठता है । यह प्रतिबंध इसलिए होता है क्योंकि नमूना धारक इलेक्ट्रॉन बीम को अवरुद्ध किए बिना एक पूर्ण रोटेशन में नहीं दिया जा सकता. इन सीमाओं के बावजूद, धारावाहिक खंड इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी 3 डी में सेलुलर और organelle ultrastructure प्रकट करने के लिए पर्याप्त संकल्प प्रदान करता है ।
छोटे स्केल इमेजिंग के लिए, क्रायो-इलेक्ट्रॉन टोमोग्राफी एक उभरती हुई तकनीक है जिसका उपयोग उप-tomographic के संयोजन में एनएम या उप-angstrom संकल्प पर सीटू में macromolecular परिसरों और सभाओं की संरचना प्राप्त करने के लिए किया जा सकता है । पुनर्निर्माण3। इस आवेदन में, कोशिकाओं को खंड या तरल नाइट्रोजन के तहत मिलिंग आयन बीम को ध्यान केंद्रित करके thinned रहे हैं । tomograms क्रायो-शर्तों के तहत एकत्र कर रहे हैं, जहां आणविक संरचनाओं रासायनिक निर्धारण, निर्जलीकरण, या embedding बिना देशी राज्य के करीब संरक्षित कर रहे हैं । पैमाने के दूसरे छोर पर, संकल्प की कीमत पर बड़े ऊतक संस्करणों का विश्लेषण करने के लिए, सीरियल ब्लॉक-चेहरा स्कैनिंग इलेक्ट्रॉन माइक्रोस्कोपी एक अपील मोडल है, भले ही यह एक विशिष्ट साधन4की आवश्यकता है ।
The authors have nothing to disclose.
इस अध्ययन के संस्थान में सेलुलर और जीव जीवविज्ञान और क्रायो-em कोर के शिक्षा Sinica, ताइपे, ताइवान में em कोर में प्रदर्शन किया गया । इस कार्य में जगत् Sinica और सर्वाधिक का समर्थन था.
vibrating blade microtome | Leica | VT1200S | Tissue sectioning |
high-pressure freezer | Leica | EM HPM100 | Specimen preparation |
freeze-substitution device | Leica | EM AFS2 | Specimen preparation |
ultramicrotome | Leica | EM UC7 | Ultra-thin sectioning |
dual-axis tomography holder | Fischione | Model 2040 | tomography collection |
transmission electron microscope | FEI | Tecnai F20 | tomography collection |
CCD | Gatan | UltraScan 1000 | tomography collection |
Leginon | NRAMM/AMI | tomography collection | |
IMOD | Boulder Laboratory for 3-D Electron Microscopy of Cells | Tomography reconstruction | |
Avizo 3D | FEI | Tomography analysis |