1. Fotokonversiyon Analizi için Embriyoların Elde Edilmesi
PCFP eksprese eden transgenik zebra balıklarının kendi aralarında çaprazlanmasının ardından, homozigot embriyolar olan en parlak olanlar seçilir ve istenen embriyonik evreye15 kadar 28.5 °C'de büyütülür.
Not 1: Bu ön seçim, embriyoların düşük lazer gücüyle taranmasına olanak tanıyarak fototoksisite ve fotobeyazlamayı önleyecektir.
Not 2: Kaede ve KikGR gibi PCFP'lerin gün ışığı da dahil olmak üzere ışık maruziyetine karşı yüksek hassasiyeti nedeniyle, embriyoları görselleştirirken düşük yoğunluklu ışık kullanmanızı ve embriyoları karanlık koşullarda tutmanızı öneririz.
2. Gömme
- Yumurta-su içeren cam bir kapta, embriyoları stereomikroskop altında pens kullanarak dekoryonize edin.
- Dekoryonize edilmiş bir embriyoyu 0,16 mg/ml Trikain (3-amino benzoik asit etil ester, Sigma-Aldrich) çözeltisine (1 ml 1X E3 ortamında 4 mg/ml stok çözeltiden 40μl) aktararak embriyoları anesteziye alın.
Not 1: Embriyolara zarar verme riskini en aza indirmek için embriyoları cam bir pipet veya ucu kesilmiş bir (P1000) pipet ile aktarın.
Not 2: Genç dekoryone embriyolar havaya maruz bırakılmamalı veya su/hava arayüzüne kadar kaldırılmamalıdır, çünkü yumurtalar mekanik strese maruz kaldıklarında kolayca yırtılırlar.
- Anestezize edilmiş embriyoyu bir kültür kabının kapağına aktarın ve embriyoyu mümkün olan en küçük besiyeri hacmi içinde tutun.
- Embriyoyu, %1 düşük erime sıcaklıklı agaroz (LMA, Lonza) ile pipetleyerek agarozun içine aktarın; 30 °C 0,16 mg/ml Trikain içeren çözeltiyi, lamel tabanlı bir kültür kabının (MatTek Corp. Ashland MA USA) lameli üzerine yerleştirin. Ardından, düz bir plastik uç yardımıyla embriyoyu yönlendirin (örneğin kesilmiş bir Microloader Pipet Ucu (Eppendorf) ve LMA polimerize olduğunda, agarozu 0,16 mg/ml'lik Trikain çözeltisi ile kaplayın.
Not 1: %1 LMA'yı 60 °C'de eritin ve eritilmiş agarozu 30 °C'de muhafaza edin.
3. Fotokonversiyon
- Zeiss LSM 710 gibi 405 nm, 488 nm ve 561 nm lazer kaynaklarıyla donatılmış bir ters konfokal mikroskopta, fotokonvert edilecek ve daha sonra takip edilecek örneğin tüm yapısını kapsayan bir z-Stack taraması ile; fotokonvert edilebilir proteinlerin sırasıyla yeşil ve kırmızı floresanslarını taramak için 488 nm lazeri (yani, %5-7 yoğunlukta 30 mW Ar lazeri, dedektör 493-540 nm'ye ayarlanmış) ve 561 nm lazeri (yani, %7-9 yoğunlukta 10 mW DPSS 561 lazeri, dedektör 587-651'e ayarlanmış) kullanarak örneği görselleştirin.
Not 1: Fotokonversiyon öncesi tarama için Plan Apochromat 20x/NA 0.8 objektif kullandık.
Not 2: Yanlışlıkla oluşmuş kırmızıya dönüştürülmüş PCFP'nin mevcut olmadığını dışlamak için deneyden önce her zaman kırmızı floresans taraması yapın.
- Time series (Zaman serisi) aracını seçin ve aralık olmadan 2 döngü için ayarlayın (biri fotokonversiyon öncesi, biri fotokonversiyon sonrası için).
- Regions (Bölgeler) aracını seçin ve fotokonversiyon için bir veya daha fazla ilgi bölgesi (ROI) tanımlayın.
Not 1: Hücre veya protein hareketinin beklenmediği sabit bir örneklemde, ROI'de tarama lazeri tarafından gerçekte fotokonverte edilen bölgenin, yazılımda seçilen ROI ile ne kadar hassasiyetle eşleştiğini her üç yönde (xy ve z yönü) fotokonverte edilen doku/hücre alanını ölçerek önceden belirlemenizi öneririz. Bu uygulamada açıklanan ayarlar için ROI, fotokonverte edilen bölgeyle yüksek hassasiyetle eşleşmiştir; ancak bu durum kullanılan objektife ve fotokonversiyon için uygulanan lazer miktarına bağlıdır. ROI boyutu, objektifin sayısal açıklığına, zoom faktörüne ve fotokonversiyon için kullanılan lazer ışığı miktarına bağlı olarak tek bir hücre boyutuna kadar indirilebilir.
- Bleaching aracını seçin ve ağartmanın 2 taramadan 1. tarama sonrası başlamasını ayarlayın. Fotokonversiyon için 30 mW 405 nm diyot lazer kullandık ve tam fotokonversiyon için gerekli olan minimum lazer ışığı miktarını, çoğunlukla lazer ışığının yoğunluğunu, ROI tarama yinelemelerini ve piksel süresini (yani tarama hızını) değiştirerek dikkatlice optimize ettik.
Not 1: Fotokonversiyon için Plan Apochromat 20x/NA 0.8 objektif kullandık.
Not 2: Lazer gücü ve iterasyon sayısı her deneysel kurulum için ampirik olarak belirlenmeli ve fototoksisiteyi azaltmak için gerekli minimum lazer ışığı miktarıyla ROI içinde yeşilden kırmızı PCFP'ye tam fotokonversiyonu sağlamalıdır. Testlere düşük lazer gücüyle (örneğin objektif planında 0.03 mW'ye karşılık gelen % 3) ve düşük iterasyon sayılarıyla (örneğin 20) başlamayı ve ardından tam fotokonversiyon sağlanana kadar lazer gücünü artırmayı öneririz; bizim çalışmalarımızda bu değer % 10 lazer gücüydü (objektif planında 0.1 mW'ye karşılık gelmektedir). Bu koşullar altında, test edilen tüm embriyolar tedavi planından sağ çıkmıştır. Bununla birlikte, vitellus membranının lazer darbelerine karşı hassas olduğunu ve kolayca hasar görerek embriyonun ölümüne yol açabileceğini gözlemledik. Bu nedenle, hedef dokunun konumu vitellus gövdesine yakınsa, fotokonversiyon sonrası embriyo letalitesi meydana gelebilir.
- Kalan yeşil ve PCFP'nin fotokonverte kırmızı floresansını görüntülemek için örneği 488 nm ve 561 nm lazerler kullanarak z-Yığını (z-Stack) şeklinde tarayın.
Not 1: Fotokonversiyon sonrası tarama için Plan Apochromat 20x/NA 0.8 kullandık.
4. Embriyonun Agarozdan Çıkarılması
- Çözeltiyi boşaltın ve embriyoyu bir iğne veya pürüzsüz bir plastik uç yardımıyla %1 LMA'dan dikkatlice çıkarın.
- Embriyoyu, istenen gelişim aşamasına gelene kadar karanlıkta, 28.5 °C'de yumurta suyunda bekletin.
Not 1: Embriyoların, özellikle embriyonik gövdenin uzadığı gelişimin ilk günlerinde, yumurta suyunda gelişmeye devam etmeleri önemlidir. Nitekim, bazı embriyonik dokular/organlar gelişim sırasında konum değiştirirler ve bu nedenle, ilgilenilen spesifik dokuya/organa ve analiz edilmek istenen gelişim evresine bağlı olarak, gömme işlemi sırasında belirli yönlendirmeler gerektirirler.
5. Yeniden Gömme
- Bu protokolün 2.) maddesindeki adımları uygulayın.
6. Sonraki Embriyonik Evrelerde Fotokonverte Olmuş Dokuların Takip Edilmesi
- Sırasıyla yeşil ve kırmızı floresan sinyalleri için 488 nm ve 561 nm lazerler kullanılarak ilgi bölgesinin taranması (z-Yığını).
Not 1: Fotokonversiyondan x saat sonra yapılan tarama için Plan Apochromat 20x/NA 0.8 kullandık.
Not 2: Bu protokol embriyonun normal gelişimini etkilemediği için, fotokonverte edilmiş embriyonun gelişimin daha sonraki evrelerinde gözlemlenmesi mümkündür (bunun için 4 - 6. maddelerde belirtilen adımları izleyin).
7. Temsili Sonuçlar
Bir fotokonversiyon deneyi örneği Şekil 1'de gösterilmiştir. Zebrafish gelişimi sırasında endotel hücrelerini takip ettik (gelişmekte olan zebrafish vasküler anatomisinin incelemesi için bkz.16). Buna uygun olarak, endotel çekirdekleri içinde KikGR eksprese eden bir zebrafish Tg(kdrl:nlsKikGR)hsc7 reporter hattı kullandık17. Homozigot ve güçlü ekspresyon gösteren embriyolar, döllenmeden sonraki 48. saate (hpf) kadar 28.5 °C'de büyütüldü. Dekorionasyonun ardından, embriyolar anestezi altına alındı ve kafa damarlarının daha iyi görselleştirilmesi için embriyonun anterior-dorsal tarafı lam üzerine gelecek şekilde LMA'ya gömüldü. Fotokonversiyon deneyi ve fotokonvert edilmiş proteinin daha sonraki takibi için 405 nm, 488 nm ve 561 nm'de çalışan lazerlerle donatılmış ters konfokal mikroskop (Zeiss LSM 710 Meta) ve Plan Apochromat 20x/NA 0.8 objektif kullandık. Şekil 1A'da gösterildiği gibi, fotokonversiyon öncesinde KikGR endotel dokusu içinde eksprese edilmişti ve 488 nm Argon lazer kullanılarak yalnızca yeşil floresan olarak tespit edilebiliyordu. Kırmızı floresan için 561 nm DPSS 561-10 lazer ile yapılan kontrol taramaları, fotokonversiyondan önce herhangi bir fotokonvert edilmiş KikGR tespit etmedi (Şekil 1A). Ardından, ROI 405 nm Diyot lazer kullanılarak ( %10 yoğunlukta, 20 iterasyon) tamamen fotokonvert edildi ve kafa damarları 488 nm ve 561 nm lazerler kullanılarak tekrar tarandı (Şekil 1B). Şekil 1B'de görüldüğü gibi, yeşil KikGR, ROI içerisinde tamamen kırmızıya dönüştü. Fotokonversiyon deneyinden sonra embriyo agarozdan çıkarıldı ve yumurta suyunda 28.5 °C'de büyütüldü. Son olarak, fotokonvert edilmiş endotel hücrelerini daha geç aşamalarda takip etmek için embriyo, fotokonversiyondan 24 saat sonra, yaklaşık 72 hpf'de tekrar gözlemlendi (Şekil 1C). Böylece embriyo LMA'ya gömüldü ve örnek 488 nm ve 561 nm lazerler kullanılarak yeniden tarandı. Şekil 1C'de gösterildiği üzere, fotokonvert edilmiş ROI'den köken alan endotel dokusu içinde, kırmızı floresan fotokonvert edilmiş KikGR'nin stabilitesi ve yeni yeşil fotokonvert edilmemiş KikGR'nin yeniden sentezlenmesi nedeniyle hem konvert edilmemiş hem de fotokonvert edilmiş KikGR proteinleri gözlemlendi.

Şekil 1. Zebrafish gelişimi sırasında KikGR'nin fotokonversiyonu. (A,B) Tg(kdrl:nlsKikGR)hsc7 transgenik embriyolarda, endotelyal kafa vaskülatürünün spesifik bir bölgesi 48 hpf'de fotokonversiyona uğratılmış ve (C) fotokonversiyondan 24 saat sonra (yaklaşık 72 hpf) tekrar gözlemlenmiştir. KikGR floresansı (yeşil), fotokonversiyona uğramış KikGR (kırmızı) ve birleştirilmiş kanallar gösterilmektedir. Noktalı daireler, fotokonversiyon öncesini, sonrasını ve fotokonversiyondan 24 saat sonrasını içeren ROI'yi göstermektedir. Görüntüler, ön tarafı alta gelecek şekilde zebrafish embriyosunun dorsal görünümleridir. Ölçek çubukları: 50 μm.
| Protein (Kısaltma) | Ex (nm) | Em (nm) | Sönümleme Katsayısı (EC) | Kuantum Verimi (QY) | Kuvaterner Yapı | Parlaklık | Uygulama | Ref |
| Kaede_G | 508 | 518 | 99 | 0.9 | tetramer | 259 | Hücre takibi | 2,6 |
| Kaede_R | 572 | 580 | 60 | 0.3 | tetramer | 59 |
| KikGR_G | 507 | 517 | 54 | 0.7 | tetramer | 112 | Hücre takibi | 3,6,8-10 |
| KikGR_R | 583 | 593 | 35 | 0.6 | tetramer | 68 |
| mKikGR_G | 505 | 515 | 49 | 0.7 | monomer | 101 | Dinamik takip Süper çözünürlüklü görüntüler | 13 |
| mKikGR_R | 580 | 591 | 28 | 0.6 | monomer | 53 |
| EosFP_G | 506 | 516 | 72 | 0.7 | tetramer | 150 | Hücre takibi | 5,20 |
| EosFP_R | 571 | 581 | 41 | 0.5 | tetramer | 67 |
| tdEos_G | 506 | 516 | 34 | 0.7 | tandem dimer | 165 | Süper çözünürlüklü görüntüler | 12,14,21 |
| tdEos_R | 569 | 581 | 33 | 0.6 | tandem dimer | 59 |
| mEos2_G | 506 | 519 | 56 | 0.7 | monomer | 140 | Dinamik takip Süper çözünürlüklü görüntüler | 11,18 |
| mEos2_R | 573 | 584 | 46 | 0.7 | monomer | 90 |
| Dendra2_G | 490 | 507 | 45 | 0.5 | monomer | 67 | Dinamik takip Süper çözünürlüklü görüntüler | 4,11 |
| Dendra2_R | 553 | 573 | 35 | 0.55 | monomer | 57 |
Tablo I. Fotokonvertlanabilir floresan proteinlerin özellikleri. Her bir PCFP için yaygın ad ve/veya akronimin yanı sıra, pik eksitasyon (Ex) ve emisyon (Em) dalga boyları, molar ekstinksiyon katsayıları (EC, 10-3 M-1 cm-1 ), kuantum verimi (QY), fizyolojik olarak ilgili kuaterner yapı, bağıl parlaklık (EGFP'nin %'si olarak), uygulama ve referanslar tabloda gösterilmiştir. Tablo Day ve Davidson, 2010'dan uyarlanmıştır1.
| PCFP | Zebrafish transgenik hatları | Kaynak |
| Kaede | Tg(elavl3:Kaede)rw0130a | Okamoto Lab |
| 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 | Higashijima Lab |
| KikGR | Tg(kdrl:nlsKikGR) | |
| Tg(krt4:NTR-KikGR) | |
| Tg(myl7:nlsKikGR) | |
| Tg(sox10:KikGR) | |
| Tg(UAS:KikGR) | |
| EosFP | Tg(sox10:EosFP) | |
| Tg(sox10:nlsEosFP) | |
| Dendra | Tg(-8mpx:Dendra2) | |
| Tg(UAS:Dendra-kras) | |
Tablo II. PCFP eksprese eden Zebrafish transgenik hatları. Veriler Zebrafish Model Organizm Veritabanı'ndan (ZFIN, http://zfin.org/) alınmıştır. Hatların Zebrafish Uluslararası Kaynak Merkezi'ndeki (ZIRC, http://zebrafish.org/zirc/) mevcudiyeti belirtilmiştir.