JoVE Journal > Biology
Summary
Abstract
Introduction
Protocol
Results
Discussion
Disclosures
Acknowledgements
Materials
References
עברית

Automatically Generated
Please note that all translations are automatically generated. Click here for the English version.
Biology

אפיון תלת מימדי של אתרי מגע בין-אורגניים בהפטוציטים באמצעות מיקרוסקופיית אלקטרונים חתך טורי

Published: June 09, 2022
doi:
10.3791/63496
, , ,
1MRC Laboratory for Molecular Cell Biology,University College London, 2NIHR Great Ormond Street Hospital Biomedical Research Centre,University College London

Summary

פרוטוקול פשוט ומקיף לרכישת פרטים תלת מימדיים של אתרי מגע ממברנה בין אברונים בהפטוציטים מהכבד או תאים ברקמות אחרות.

Abstract

מיקרוסקופיית אלקטרונים של תמסורת נחשבת זה מכבר לתקן הזהב להדמיה של מבנה-על תאי. עם זאת, האנליזה מוגבלת לעתים קרובות לשני ממדים, מה שמקשה על היכולת לתאר באופן מלא את המבנה התלת-ממדי (התלת-ממדי) ואת הקשר התפקודי בין האברונים. מיקרוסקופיית אלקטרונים בנפח (vEM) מתארת אוסף של טכניקות המאפשרות חקירה של מבנה-על תאי בתלת-ממד ברזולוציות מזוקליות, מיקרו-קנה מידה וננומטריות.

פרוטוקול זה מספק שיטה נגישה וחזקה להשגת נתוני vEM באמצעות EM (TEM) של העברת מקטעים טוריים ומכסה את ההיבטים הטכניים של עיבוד דגימות עד לשחזור תלת-ממדי דיגיטלי בתהליך עבודה יחיד ופשוט. כדי להדגים את התועלת של טכניקה זו, מוצג הקשר האולטרה-סטרוקטורלי התלת-ממדי בין הרשתית האנדופלסמית והמיטוכונדריה לבין אתרי המגע שלהם בהפטוציטים בכבד. מגעים בין-אורגניים ממלאים תפקידים חיוניים בהעברת יונים, שומנים, חומרים מזינים ומולקולות קטנות אחרות בין אברונים. עם זאת, למרות הגילוי הראשוני שלהם בהפטוציטים, עדיין יש הרבה מה ללמוד על התכונות הפיזיות שלהם, הדינמיקה והתפקודים שלהם.

אנשי קשר בין-אורגניים יכולים להציג מגוון של מורפולוגיות, המשתנות בסמיכות של שני האברונים זה לזה (בדרך כלל ~ 10-30 ננומטר) ובהיקף אתר המגע (החל מאנשי קשר נוקבים וכלה באנשי קשר תלת-ממדיים גדולים יותר דמויי ציסטרנל). בדיקת מגעים קרובים דורשת הדמיה ברזולוציה גבוהה, ו- TEM מקטע סדרתי מתאים היטב כדי לדמיין את האולטרה-סטרוקטורל התלת-ממדי של מגעים בין-אורגניים במהלך התמיינות הפטוציטים, כמו גם שינויים בארכיטקטורת הפטוציטים הקשורים למחלות מטבוליות.

Introduction

מאז המצאתם בשנות ה-30 של המאה ה-20, מיקרוסקופי אלקטרונים אפשרו לחוקרים לדמיין את המרכיבים המבניים של תאים ורקמות 1,2. רוב החקירות סיפקו מידע דו-ממדי, שכן בניית מודלים תלת-ממדיים דורשת איסוף מקטעים סדרתיים קפדניים, צילום ידני, עיבוד שלילי, מעקב ידני, יצירה והרכבה של מודלים תלת-ממדיים מיריעות זכוכית, פלסטיק או קלקר 3,4. כמעט 70 שנה לאחר מכן, חלה התקדמות ניכרת בהיבטים רבים של התהליך, החל מביצועי מיקרוסקופ, איסוף מקטעים סדרתיים, הדמיה דיגיטלית אוטומטית, תוכנה וחומרה מתוחכמות לשחזור תלת-ממדי, הדמיה וניתוח וכלה בגישות חלופיות למה שמכונה כיום ביחד VOLUME EM (vEM). טכניקות vEM אלה נחשבות בדרך כלל כמספקות מידע אולטרה-סטרוקטורלי תלת-ממדי ברזולוציות ננומטר על פני קני מידה של מיקרון וכוללות מיקרוסקופיית אלקטרונים (TEM) וטכניקות חדשות יותר של מיקרוסקופ אלקטרונים סורקים (SEM); ראה חוות דעת 5,6,7,8.

לדוגמה, קרן יונים ממוקדת SEM (FIB-SEM) משתמשת בקרן יונים ממוקדת בתוך SEM כדי לכרסם את פני השטח של הבלוק בין סריקות הדמיה SEM עוקבות של פני השטח של הבלוק, מה שמאפשר כרסום/הדמיה אוטומטיים חוזרים ונשנים של דגימה ובניית מערך נתונים תלת-ממדי לשחזור 9,10. לעומת זאת, SEM של פני בלוקים טוריים (SBF-SEM) משתמש ב- ultramicrotome בתוך ה- SEM כדי להסיר חומר מפני הבלוק לפני ההדמיה 11,12, בעוד שטומוגרפיה של מערך היא תהליך לא פולשני הדורש איסוף של מקטעים טוריים, על כיסויים, ופלים או קלטת, לפני הגדרת זרימת עבודה אוטומטית של הדמיית אזור העניין בקטעים רציפים ב- SEM כדי ליצור את ערכת הנתונים התלת-ממדית13 . בדומה לטומוגרפיה של מערך, מקטע טורי TEM (ssTEM) דורש איסוף מקטעים פיזיים לפני ההדמיה; עם זאת, מקטעים אלה נאספים ברשתות TEM ומצטלמים ב- TEM 14,15,16. ניתן להרחיב את ssTEM על ידי ביצוע טומוגרפיה הטיה 17,18,19. טומוגרפיה של הטיה טורית מספקת את הרזולוציה הטובה ביותר ב-x, y ו-z, ובעוד שהיא שימשה לשחזור תאים שלמים20, היא מאתגרת למדי. פרוטוקול זה מתמקד בהיבטים המעשיים של ssTEM כטכניקת ה- vEM הנגישה ביותר הזמינה למעבדות EM רבות שאולי אין להן כרגע גישה למקטעים מיוחדים או למכשירי vEM, אך ייהנו מיצירת נתוני vEM תלת-ממדיים.

אולטרה-מיקרוטומיה סדרתית לשחזור תלת-ממדי נחשבה בעבר למאתגרת. היה קשה לגזור סרטים ישרים בעובי חתך אחיד, להיות מסוגלים לסדר ולאסוף סרטים בגודל הנכון, בסדר הנכון, לרשתות עם תמיכה מספקת, אך ללא פסי רשת המסתירים אזורי עניין, והכי חשוב, מבלי לאבד קטעים, שכן סדרה לא שלמה עשויה למנוע שחזור תלת-ממדי מלא21. עם זאת, שיפורים באולטרה-מיקרוטומים מסחריים, סכיני חיתוך וגיזום יהלומים22,23, יריעות תמיכה בבלוטת אלקטרונים ברשתות21,24, ודבקים לסיוע בהדבקת מקטעים ושימור סרטים13,21 הם רק חלק מההתקדמות המצטברת לאורך השנים שהפכה את הטכניקה לשגרתית יותר במעבדות רבות. לאחר איסוף מקטעים סדרתיים, הדמיה סדרתית ב- TEM היא פשוטה ויכולה לספק תמונות EM עם גדלי px תת-ננומטריים ב- x ו- y, מה שמאפשר חקירה ברזולוציה גבוהה של המבנים התת-תאיים – דרישה פוטנציאלית לשאלות מחקר רבות. מחקר המקרה שהוצג כאן מדגים את השימוש ב- ssTEM ו- 3D שחזור במחקר של מגעים אנדופלסמיים מסוג רטיקולום (ER) – אברונים בהפטוציטים בכבד, שם נצפו לראשונה מגעי ER-אברונים25,26.

בעודו רציף עם המעטפת הגרעינית, ה-ER גם יוצר קשרים הדוקים עם אברוני תאים רבים אחרים, כולל ליזוזומים, מיטוכונדריה, טיפות שומנים וקרום פלזמה27. מגעי ER-אברונים היו מעורבים בחילוף החומרים של השומנים28, פוספוינוסיטיד ואיתות סידן29, ויסות אוטופגיה ותגובת עקה30,31. המגעים בין ER-אברונים ומגעים בין-אורגנטיים אחרים הם מבנים דינמיים מאוד המגיבים לצרכים מטבוליים תאיים ולרמזים חוץ-תאיים. הודגם כי הם משתנים מבחינה מורפולוגית בגודלם ובצורתם ובמרחקים שבין ממברנות אברונים32,33. ההערכה היא שהבדלים אולטרה-סטרוקטורליים אלה עשויים לשקף את הרכבי החלבון/שומנים השונים שלהם ולתפקד34,35. עם זאת, זו עדיין משימה מאתגרת להגדיר אנשי קשר בין-אורגניים ולנתח אותם36. לפיכך, נדרש פרוטוקול אמין אך פשוט לבחינה ואפיון של מגעים בין-אורגניים לצורך חקירות נוספות.

מכיוון שמגעי ER-אברונים יכולים לנוע בין 10 ל-30 ננומטר בהפרדת ממברנה לממברנה, תקן הזהב לזיהוי היה באופן היסטורי TEM. TEM בעל חתך דק חשף לוקליזציה ספציפית של תת-דומיינים עבור חלבוני ER תושבים במגעי ממברנה שונים37. באופן מסורתי, זה חשף מגעים ER-אברוניים עם רזולוציית nm, אך לעתים קרובות הציג רק תצוגה דו-ממדית של אינטראקציות אלה. עם זאת, גישות vEM חושפות את ההצגה וההקשר האולטרה-סטרוקטורליים של אתרי קשר אלה בתלת-ממד, ומאפשרות שחזור מלא של אנשי קשר וסיווג מדויק יותר של אנשי קשר (נקודה לעומת צינורית לעומת דמוית ציסטרנל) וכימות38,39. בנוסף להיותו סוג התא הראשון שבו נצפו מגעי ER-אברונים25,26, להפטוציטים יש מערכת נרחבת של מגעים בין-אורגניים אחרים המשרתים תפקידים חיוניים בארכיטקטורה ובפיזיולוגיה שלהם28,40. עם זאת, אפיון מורפולוגי יסודי של ER-אברון ומגעים בין-אורגניים אחרים בהפטוציטים עדיין חסר. לפיכך, האופן שבו נוצרים קשרים בין-אורגניים ומשתפצים במהלך התחדשות ותיקון רלוונטי במיוחד לביולוגיה של הפטוציטים ולתפקוד הכבד.

Protocol

כל בעלי החיים שוכנו בהתאם להנחיות משרד הפנים הבריטי, וקצירת הרקמות בוצעה בהתאם לחוק החיות הבריטי (נהלים מדעיים) משנת 1986. 1. קיבוע והכנה של דגימות נתחו את רקמת הכבד לחתיכות בגודל המתאים, כ-8 מ”מ x 8 מ”מ x 3 מ”מ, והניחו את החלקים בתמיסת מלח חמה עם מאגר פוספט (PBS, 37 מעלות צ?…

Representative Results

עבור טכניקה זו, אזורי עניין נבחרים על סמך מטרת המחקר הביולוגי וזוהו לפני חיתוך וחיתוך של רקמות משובצות. באופן דומה, גודל פני הבלוק עשוי להיות מוכתב על ידי שאלת המחקר; במקרה זה, הדגימה נחתכה כדי להשאיר פני בלוק של כ-0.3 מ”מ x 0.15 מ”מ (איור 4A). זה איפשר שתי רשתות של 9 מקטעים טוריים לכל…

Discussion

טכניקת vEM נגישה להדמיה של מבנה אברונים ואינטראקציות בתלת-ממד מתוארת בפרוטוקול זה. המורפולוגיה של מגעים בין-אורגניים בהפטוציטים מוצגת כמקרה בוחן כאן. עם זאת, גישה זו יושמה גם כדי לחקור מגוון דגימות ותחומי מחקר אחרים, כולל אינטראקציות של תאי שוואן-אנדותל בעצבים היקפיים45, ביוגנז…

Disclosures

The authors have nothing to disclose.

Acknowledgements

אנו מודים לג’ואנה הנלי, רבקה פיאדיירו ואניה סטראטמן-איוונובסקה על סיוע טכני מומחה. אנו מודים גם לחברי המעבדה של סטפן ולאיאן ג’יי ווייט על דיונים מועילים. J.J.B. נתמך על ידי מימון MRC למעבדת MRC לביולוגיה מולקולרית של התא ב- UCL, קוד הפרס MC_U12266B. C.J.S. נתמך על ידי מימון MRC ליחידה האוניברסיטאית של מעבדת MRC לביולוגיה מולקולרית של התא ב- UCL, קוד פרס MC_UU_00012/6. P.G. ממומן על ידי המועצה האירופית למחקר, קוד מענק ERC-2013-StG-337057.

Materials

0.22 µm syringe filter Sarstedt 83.1826.001
Aluminum trays Agar Scientific AGG3912
Amira v6 ThermoFisher https://www.thermofisher.com
Chloroform Fisher C/4960/PB08
DDSA/Dodecenyl Succinic Anhydride TAAB T027 Epon ingredient
Diamond knife DiaTOME ultra 45°
DMP-30/2,4,6-tri (Dimethylaminomethyl) phenol TAAB D032 Epon ingredient
Dumont Tweezers N5 Agar Scientific AGT5293
Fiji https://imagej.net/
Fiji TrakEM2 plugin https://imagej.net/
Formaldehyde 36% solution TAAB F003
Formvar coated slot grid Homemade Alternative: EMS diasum (FF2010-Cu)
Glass bottle with applicator rod Medisca 6258
Glass vials Fisher Scientific 15364769
Gluteraldehyde 25% solution TAAB G011
MNA/Methyl Nadic Anhydride TAAB M011 Epon ingredient
Osmium Tetroxide 2% solution TAAB O005
Potassium Ferricyanide Sigma-Aldrich P-8131
Propylene oxide Fisher Scientific E/0050/PB08
Reuseable adhesive Blue Tack
Reynolds Lead Citrate TAAB L037 Section stain
Sodium Cacodylate Sigma-Aldrich C-0250 to make 0.1 M Caco buffer
Super Glue RS Components 918-6872 Cyanoacrylate glue, Step 1.3
TAAB 812 Resin TAAB T023 Epon ingredient
Tannic acid TAAB T046
Triton X-100 Sigma-Aldrich T9284
Two part Epoxy Resin RS Components 132-605 Alternative: Step 2.13
Ultramicrotome Leica UC7
Vibrating microtome Leica 100 µm thick slices, 0.16 mm/s cutting at 1 mm amplitude .
Weldwood Original Contact cement DAP 107 Contact adhesive: Step 3.1.4
DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Knoll, M., Ruska, E. Das elektronenmikroskop. Zeitschrift für Physik. 78 (5), 318-339 (1932).
  2. von Ardenne, M. Daselektronen-rastermikroskop. Zeitschrift für Physik. 109 (9), 553-572 (1938).
  3. Bang, B. H., Bang, F. B. Graphic reconstruction of the third dimension from serial electron microphotographs. Journal of Ultrastructure Research. 1 (2), 138-139 (1957).
  4. Birch-Andersen, A. Reconstruction of the nuclear sites of Salmonella typhimurium from electron micrographs of serial sections. Journal of General Microbiology. 13 (2), 327-329 (1955).
  5. Denk, W., Horstmann, H. Serial block-face scanning electron microscopy to reconstruct three-dimensional tissue nanostructure. PLoS Biology. 2 (11), 329 (2004).
  6. Peddie, C. J., Collinson, L. M. Exploring the third dimension: volume electron microscopy comes of age. Micron. 61, 9-19 (2014).
  7. Titze, B., Genoud, C. Volume scanning electron microscopy for imaging biological ultrastructure. Biology of the Cell. 108 (11), 307-323 (2016).
  8. Kornfeld, J., Denk, W. Progress and remaining challenges in high-throughput volume electron microscopy. Current Opinion in Neurobiology. 50, 261-267 (2018).
  9. Heymann, J. A., et al. Site-specific 3D imaging of cells and tissues with a dual beam microscope. Journal of Structural Biology. 155 (1), 63-73 (2006).
  10. Knott, G., Marchman, H., Wall, D., Lich, B. Serial section scanning electron microscopy of adult brain tissue using focused ion beam milling. Journal of Neuroscience. 28 (12), 2959-2964 (2008).
  11. Leighton, S. B. SEM images of block faces, cut by a miniature microtome within the SEM – a technical note. Scanning Electron Microscopy. , 73-76 (1981).
  12. Martone, M. E., Deerinck, T. J., Yamada, N., Bushong, E., Ellisman, M. H. Correlated 3D light and electron microscopy: use of high voltage electron microscopy and electron tomography for imaging large biological structures. Journal of Histotechnology. 23 (3), 261-270 (2000).
  13. Micheva, K. D., Smith, S. J. Array tomography: a new tool for imaging the molecular architecture and ultrastructure of neural circuits. Neuron. 55 (1), 25-36 (2007).
  14. Sjostrand, F. S. Ultrastructure of retinal rod synapses of the guinea pig eye as revealed by three-dimensional reconstructions from serial sections. Journal of Ultrastructure Research. 2 (1), 122-170 (1958).
  15. Ware, R. W. Three-dimensional reconstruction from serial sections. International Review of Cytology. 40, 325 (1975).
  16. Stevens, J. K., Davis, T. L., Friedman, N., Sterling, P. A systematic approach to reconstructing microcircuitry by electron microscopy of serial sections. Cognitive Brain Research. 2 (3), 265-293 (1980).
  17. Hoppe, W. Three-dimensional electron microscopy. Annual Review of Biophysics. 10, 563-592 (1981).
  18. Frank, J. . Electron tomography: methods for three-dimensional visualization of structures in the cell. , (2008).
  19. Baumeister, W. Electron tomography: towards visualizing the molecular organization of the cytoplasm. Current Opinion in Structural Biology. 12 (5), 679-684 (2002).
  20. Hoog, J. L., Schwartz, C., Noon, A. T., O’Toole, E. T. Organization of interphase microtubules in fission yeast analyzed by electron tomography. Developmental Cell. 12 (3), 349-361 (2007).
  21. Harris, K. M., Perry, E., Bourne, J., Feinberg, M., Ostroff, L., Hurlburt, J. Uniform serial sectioning for transmission electron microscopy. Journal of Neuroscience. 26 (47), 12101-12103 (2006).
  22. Jesior, J. C. Use of low-angle diamond knives leads to improved ultrastructural preservation of ultrathin sections. Scanning Microscopy Supplement. 3, 147-152 (1989).
  23. Studer, D., Gnaegi, H. Minimal compression of ultrathin sections with use of an oscillating diamond knife. Journal of Microscopy. 197, 94-100 (2000).
  24. Gay, H., Anderson, T. F. Serial sections for electron microscopy. Science. 120 (3130), 1071-1073 (1954).
  25. Bernhard, W., Rouiller, C. Close topographical relationship between mitochondria and ergastoplasm of liver cells in a definite phase of cellular activity. The Journal of Biophysical and Biochemical Cytology. 2, 73-78 (1956).
  26. Palade, G. E. An electron microscope study of the mitochondrial structure. The Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 1 (4), 188-211 (1953).
  27. Wu, H., Carvalho, P., Voeltz, G. K. Here, there, and everywhere: The importance of ER membrane contact sites. Science. 361 (6401), (2018).
  28. Vance, J. E. Inter-organelle membrane contact sites: implications for lipid metabolism. Biology Direct. 15 (1), 24 (2020).
  29. Stefan, C. J. Endoplasmic reticulum-plasma membrane contacts: Principals of phosphoinositide and calcium signaling. Current Opinion in Cell Biology. 63, 125-134 (2020).
  30. Zaman, M. F., Nenadic, A., Radojicic, A., Rosado, A., Beh, C. T. Sticking with it: ER-PM membrane contact sites as a coordinating nexus for regulating lipids and proteins at the cell cortex. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 8, 675 (2020).
  31. van Vliet, A. R., Sassano, M. L., Agostinis, P. The unfolded protein response and membrane contact sites: tethering as a matter of life and death. Contact. 1, 1-15 (2018).
  32. Cohen, S., Valm, A. M., Lippincott-Schwartz, J. Interacting organelles. Current Opinion in Cell Biology. 53, 84-91 (2018).
  33. Hariri, H., et al. Lipid droplet biogenesis is spatially coordinated at ER-vacuole contacts under nutritional stress. EMBO Reports. 19 (1), 57-72 (2018).
  34. Stefan, C. J., Trimble, W. S., Grinstein, S., Drin, G. Membrane dynamics and organelle biogenesis-lipid pipelines and vesicular carriers. BMC Biology. 15 (1), 102 (2017).
  35. Eisenberg-Bord, M., Shai, N., Schuldiner, M., Bohnert, M. A tether is a tether is a tether: tethering at membrane contact sites. Developmental Cell. 39 (4), 395-409 (2016).
  36. Scorrano, L., De Matteis, M. A., Emr, S., Giordano, F. Coming together to define membrane contact sites. Nature Communications. 10 (1), 1287 (2019).
  37. Lak, B., Li, S., Belevich, I., Sree, S. Specific subdomain localization of ER resident proteins and membrane contact sites resolved by electron microscopy. European Journal of Cell Biology. 100 (7), 151180 (2021).
  38. Collado, J., Kalemanov, M., Campelo, F., Bourgoint, C. Tricalbin-mediated contact sites control ER curvature to maintain plasma membrane integrity. Developmental Cell. 51 (4), 476-487 (2019).
  39. West, M., Zurek, N., Hoenger, A., Voeltz, G. K. A 3D analysis of yeast ER structure reveals how ER domains are organized by membrane curvature. Journal of Cell Biology. 193 (2), 333-346 (2011).
  40. Ilacqua, N., Anastasia, I., Raimondi, A., Lemieux, P. A three-organelle complex made by wrappER contacts with peroxisomes and mitochondria responds to liver lipid flux changes. Journal of Cell Science. 135 (5), 259091 (2022).
  41. Cardona, A., Saalfeld, S., Schindelin, J., Arganda-Carreras, I. TrakEM2 software for neural circuit reconstruction. PLoS One. 7 (6), 38011 (2012).
  42. Stalling, D., Westerhoff, M., Hege, H. -. C. Amira: A highly interactive system for visual data analysis. The Visualization Handbook. 38, 749-767 (2005).
  43. Hsieh, T. S., Chen, Y. J., Chang, C. L., Lee, W. R., Liou, J. Cortical actin contributes to spatial organization of ER-PM junctions. Molecular Biology of the Cell. 28 (23), 3171-3180 (2017).
  44. Anastasia, I., Ilacqua, N., Raimondi, A., Lemieux, P. Mitochondria-rough-ER contacts in the liver regulate systemic lipid homeostasis. Cell Reports. 34 (11), 108873 (2021).
  45. Cattin, A. L., Burden, J. J., Van Emmenis, L., Mackenzie, F. E. Macrophage-Induced Blood Vessels Guide Schwann Cell-Mediated Regeneration of Peripheral Nerves. Cell. 162 (5), 1127-1139 (2015).
  46. Lopes-da-Silva, M., et al. A GBF1-dependent mechanism for environmentally responsive regulation of ER-Golgi transport. Developmental Cell. 49 (5), 786-801 (2019).
  47. Banushi, B., Forneris, F., Straatman-Iwanowska, A., Strange, A. Regulation of post-Golgi LH3 trafficking is essential for collagen homeostasis. Nature Communications. 7, 12111 (2016).
  48. Rey, S. A., et al. Ultrastructural and functional fate of recycled vesicles in hippocampal synapses. Nature Communications. 6, 8043 (2015).
  49. Belicova, L., Repnik, U., Delpierre, J., Gralinska, E. Anisotropic expansion of hepatocyte lumina enforced by apical bulkheads. Journal of Cell Biology. 220 (10), 202303003 (2021).
  50. Kizilyaprak, C., Daraspe, J., Humbel, B. M. Focused ion beam scanning electron microscopy in biology. Journal of Microscopy. 254 (3), 109-114 (2014).
  51. Xu, C. S., Hayworth, K. J., Lu, Z., Grob, P. Enhanced FIB-SEM systems for large-volume 3D imaging. Elife. 6, 1-36 (2017).
  52. Parlakgül, G., Arruda, A. P., Cagampan, E., Pang, S. High resolution 3D imaging of liver reveals a central role for subcellular architectural organization in metabolism. bioRxiv. , (2020).
  53. Guerin, C. J., Kremer, A., Borghgraef, P., Lippens, S. Targeted studies using serial block face and focused ion beam scan electron microscopy. The Journal of Visualized Experiments: JoVE. (150), e59480 (2019).
  54. Kremer, A., et al. A workflow for 3D-CLEM investigating liver tissue. Journal of Microscopy. 281 (3), 231-242 (2021).
  55. Hayat, M. . Principles and techniques of electron microscopy: biological applications. , (2000).
  56. Wisse, E., Braet, F., Duimel, H., Vreuls, C. Fixation methods for electron microscopy of human and other liver. World Journal of Gastroenterology. 16 (23), 2851-2866 (2010).
  57. Hanley, J., Dhar, D. K., Mazzacuva, F., Fiadeiro, R. Vps33b is crucial for structural and functional hepatocyte polarity. Journal of Hepatology. 66 (5), 1001-1011 (2017).
  58. Deerinck, T. J., Bushong, E. A., Thor, A., Ellisman, M. H. NCMIR methods for 3D EM: a new protocol for preparation of biological specimens for serial block face scanning electron microscopy. Microscopy. 1, 6-8 (2010).
  59. Miranda, K., Girard-Dias, W., Attias, M., de Souza, W., Ramos, I. Three dimensional reconstruction by electron microscopy in the life sciences: An introduction for cell and tissue biologists. Molecular Reproduction and Development. 82 (7-8), 530-547 (2015).
  60. Yamaguchi, M., Chibana, H. A method for obtaining serial ultrathin sections of microorganisms in transmission electron microscopy. The Journal of Visualized Experiments: JoVE. (131), e56235 (2018).
  61. Hall, D. H., Hartwieg, E., Nguyen, K. C. Modern electron microscopy methods for C. elegans. Methods in Cell Biology. 107, 93-149 (2012).
  62. Hagler, H. K. Ultramicrotomy for biological electron microscopy. Methods in Molecular Biology. 369, 67-96 (2007).
  63. Arganda-Carreras, I., Beichel, R. R., Sonka, M. Consistent and elastic registration of histological sections using vector-spline regularization. Computer vision approaches to medical image analysis, CVAMIA 2006, Lecture Notes in Computer Science. 4241, 85-95 (2006).
  64. Belevich, I., Joensuu, M., Kumar, D., Vihinen, H., Jokitalo, E. Microscopy image browser: a platform for segmentation and analysis of multidimensional datasets. PLoS Biology. 14 (1), 1002340 (2016).
  65. Fiala, J. C. Reconstruct: a free editor for serial section microscopy. Journal of Microscopy. 218, 52-61 (2005).
  66. Kremer, J. R., Mastronarde, D. N., McIntosh, J. R. Computer visualization of three-dimensional image data using IMOD). Journal of Structural Biology. 116 (1), 71-76 (1996).
  67. Iudin, A., Korir, P. K., Salavert-Torres, J., Kleywegt, G. J., Patwardhan, A. EMPIAR: a public archive for raw electron microscopy image data. Nature Methods. 13 (5), 387-388 (2016).
  68. Xu, C. S., Pang, S., Shtengel, G., Muller, A. An open-access volume electron microscopy atlas of whole cells and tissues. Nature. 599 (7883), 147-151 (2021).
  69. Karabag, C., et al. Semantic segmentation of HeLa cells: An objective comparison between one traditional algorithm and four deep-learning architectures. PLoS One. 15 (10), 0230605 (2020).
  70. Heinrich, L., Bennett, D., Ackerman, D., Park, W. Whole-cell organelle segmentation in volume electron microscopy. Nature. 599 (7883), 141-146 (2021).
  71. Kim, J. S., Greene, M. J., Zlateski, A., Lee, K. Space-time wiring specificity supports direction selectivity in the retina. Nature. 509 (7500), 331-336 (2014).
  72. Spiers, H., Songhurst, H., Nightingale, L., de Folter, J. Deep learning for automatic segmentation of the nuclear envelope in electron microscopy data, trained with volunteer segmentations. Traffic. 22 (7), 240-253 (2021).
  73. Hasan, N. M., Gupta, A., Polishchuk, E., Yu, C. H. Molecular events initiating exit of a copper-transporting ATPase ATP7B from the trans-Golgi network. The Journal of Biological Chemistry. 287 (43), 36041-36050 (2012).
  74. Stoeck, I. K., Lee, J. Y., Tabata, K., Romero-Brey, I. Hepatitis C virus replication depends on endosomal cholesterol homeostasis. The Journal of Virology. 92 (1), 01196 (2018).
  75. Ma, X., Qian, H., Chen, A., Ni, H. M., Ding, W. X. Perspectives on mitochondria-ER and mitochondria-lipid droplet contact in hepatocytes and hepatic lipid metabolism. Cells. 10 (9), 2273 (2021).

Tags

3D ReconstructionInterorganelle Contact SitesHepatocytesSerial Section Electron MicroscopyOrganelle MorphologyCellular TraffickingUltra-thin SectioningMicrotomeDiamond KnifeCutting WindowRibbon SectioningSlot Grid

Play Video
PDF
DOI
DOWNLOAD MATERIALS LIST
Cite This Article
Chun Chung, G. H., Gissen, P., Stefan, C. J., Burden, J. J. Three-dimensional Characterization of Interorganelle Contact Sites in Hepatocytes using Serial Section Electron Microscopy. J. Vis. Exp. (184), e63496, doi:10.3791/63496 (2022).
Download Citation
Reprints and Permissions

View Video

✖

To prove you're not a robot, please enter the text in the image below

CAPTCHA Image
Play CAPTCHA Audio
Refresh Image