RESEARCH
Peer reviewed scientific video journal
Video encyclopedia of advanced research methods
Visualizing science through experiment videos
EDUCATION
Video textbooks for undergraduate courses
Visual demonstrations of key scientific experiments
BUSINESS
Video textbooks for business education
OTHERS
Interactive video based quizzes for formative assessments
Products
RESEARCH
JoVE Journal
Peer reviewed scientific video journal
JoVE Encyclopedia of Experiments
Video encyclopedia of advanced research methods
EDUCATION
JoVE Core
Video textbooks for undergraduates
JoVE Science Education
Visual demonstrations of key scientific experiments
JoVE Lab Manual
Videos of experiments for undergraduate lab courses
BUSINESS
JoVE Business
Video textbooks for business education
Solutions
Language
tr_TR
Menu
Menu
Menu
Menu
A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Research Article
Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.
Erratum Notice
Important: There has been an erratum issued for this article. View Erratum Notice
Retraction Notice
The article Assisted Selection of Biomarkers by Linear Discriminant Analysis Effect Size (LEfSe) in Microbiome Data (10.3791/61715) has been retracted by the journal upon the authors' request due to a conflict regarding the data and methodology. View Retraction Notice
Bu protokolün amacı, canlı hücrelerdeki yüzey reseptör dinamiklerini dört boyutlu olarak görselleştirmek için Kafes Işık Sayfası Mikroskobu'nun nasıl kullanılacağını göstermektir. Burada CD4+ primer T hücrelerindeki T hücre reseptörleri gösterilmiştir.
Bir hücrenin sinyalizasyonu ve işlevi, yüzey reseptörlerinin dinamik yapıları ve etkileşimleri tarafından belirlenir. Bu reseptörlerin yerinde ki yapı-fonksiyon ilişkisini gerçekten anlamak için, onları canlı hücre yüzeyinde yeterli spatiotemporal çözünürlükle görselleştirmemiz ve izlememiz gerekir. Burada nasıl görüntü T-hücre reseptörleri (TDR) dört boyutlu (4D, uzay ve zaman) canlı hücre zarında son zamanlarda geliştirilen Kafes Işık-Sheet Mikroskobu (LLSM) nasıl kullanılacağını göstermektedir. T hücreleri adaptif bağışıklık sisteminin ana efektör hücrelerinden biridir, ve burada bu hücrelerin sinyalve fonksiyonu Tcr dinamikleri ve etkileşimleri tarafından tahrik olduğunu göstermek için bir örnek olarak T hücrelerikullanılır. LLSM, benzeri görülmemiş spatiotemporal çözünürlükte 4D görüntülemeye olanak tanır. Bu nedenle bu mikroskopi tekniği genellikle biyolojide farklı hücrelerden çok çeşitli yüzey veya hücre içi moleküllere uygulanabilir.
Üç boyutlu hücre yüzeyinde gerçek zamanlı olarak yayılan ve yayılan moleküllerin hassas dinamikleri çözülmesi gereken bir muamma olmuştur. Mikroskopi her zaman hız, hassasiyet ve çözünürlük dengesi olmuştur; herhangi bir veya iki maksimize edilirse, üçüncü en aza indirilir. Bu nedenle, yüzey reseptörlerinin hareket ettiği küçük boyut ve muazzam hız nedeniyle, dinamiklerinin izlenmesi hücre biyolojisi alanında önemli bir teknolojik zorluk olmaya devam etmiştir. Örneğin, birçok çalışma toplam iç yansıma floresansı kullanılarak yapılmıştır (TIRF) mikroskopi1,2,3, yüksek zamansal çözünürlüğe sahiptir, ancak sadece T-hücre zarının çok ince bir dilimigörüntü olabilir (~100 nm), ve bu nedenle hücrede daha uzakta oluyor olayları özlüyor. Bu TIRF görüntüleri de sadece hücrenin iki boyutlu bir bölümünü gösteriyor. Buna karşılık, süper çözünürlüklü teknikler, örneğin stokastik optik rekonstrüksiyon mikroskopisi (STORM)4, fotoaktive lokalizasyon mikroskopisi (PALM)5, ve uyarılmış emisyon tükenmesi mikroskopisi (STED)6, Abbe kırınım sınırının üstesinden gelebilir. Bu teknikler yüksek uzamsal çözünürlüğe sahip (~20 nm çözünürlük)4,5,6,7, ama genellikle tam iki boyutlu (2D) veya üç boyutlu (3D) görüntü elde etmek için birkaç dakika sürer, ve bu nedenle zamansal çözünürlük kaybolur. Buna ek olarak, yanıp sönen sinyallere dayanan STORM ve PALM gibi tekniklerde8,9saymada yanlışlıklar olabilir. Elektron mikroskobu açık ara en yüksek çözünürlüğe sahiptir (en fazla 50 pm çözünürlük)10; hatta 3 nm XY ve 500 nm Z çözünürlüğü11'ekadar sonuçlanan odaklanmış iyon ışını taramalı elektron mikroskobu (FIB-SEM) ile üç boyutlu olarak yapılabilir. Ancak, elektron mikroskobu herhangi bir form sert örnek hazırlanması gerektirir ve sadece sabit hücreleri veya dokuları ile yapılabilir, zaman içinde canlı örnekleri görüntüleme olasılığını ortadan kaldırarak.
Gerçek fizyolojik 3D doğacanlı hücrelerde yüzey ve hücre içi moleküllerin dinamiklerini belirlemek için gerekli yüksek spatiotemporal çözünürlük elde etmek için teknikler sadece son zamanlarda geliştirilmiştir. Bu tekniklerden biri kafes Işık-Levha Mikroskobu (LLSM)12, büyük ölçüde daha düşük photobleaching için yapılandırılmış bir ışık levha kullanır. Nobel Ödüllü Eric Betzig tarafından 2014 yılında geliştirilen, yüksek eksenel çözünürlük, düşük fotobeyazrlama ve arka plan gürültüsü, ve aynı anda görüş alanı başına yüzlerce uçak görüntü lls mikroskoplar geniş alan, TIRF ve konfokal mikroskoplar12,13,14,15,16,17,18,19. Bu dört boyutlu (x, y, z ve zaman) görüntüleme tekniği, hala kırınım sınırlı iken (~ 200 nm XYZ çözünürlük), inanılmaz zamansal çözünürlüğe sahiptir (biz yaklaşık 100 fps bir kare hızı elde ettik, çerçeve başına 0.85 saniye ile 3D yeniden hücre görüntüsü sonuçlanan) 3D mekansal edinim için.
LLSM genellikle tek moleküllü ve tek hücre düzeyinde herhangi bir hücre içinde herhangi bir molekülün gerçek zamanlı dinamikleri izlemek için kullanılabilir, bağışıklık hücreleri gibi son derece hareketli hücrelerde özellikle. Örneğin, Burada T-hücre reseptör (TCR) dinamiklerini görselleştirmek için LLSM nasıl kullanılacağını gösteriyoruz. T hücreleri adaptif bağışıklık sisteminin efektör hücreleridir. TC'ler, bir T hücresinin seçimini, gelişimini, farklılaşmasını, kaderini ve işlevini belirleyen antijen sunan hücrelerin (APC) yüzeyinde görüntülenen peptid-MHC (pMHC) ligandlarını tanımaktan sorumludur. Bu tanıma T hücreleri ve AAP'ler arasındaki arabirimde meydana gelir, immünolojik sinaps denilen oluşturmak için lokalize reseptör kümeleme ile sonuçlanan. İmmünolojik sinapstaki TCR'lerin T-hücre efektörü fonksiyonu için zorunlu olduğu bilinmekle birlikte, sinapsa gerçek zamanlı TCR ticaretinin altında yatan mekanizmalar hala bilinmemektedir. LLSM, ortaya çıkan pMHC-TCR etkileşimi ile sinapsa ticareti öncesi ve sonrası TCR'lerin dinamiklerini gerçek zamanlı olarak görselleştirmemizi sağlamıştır (Şekil 1). LLSM bu nedenle TT'lerin biçimlendirici dinamiklerinin güncel sorularını çözmek ve bir hücrenin benlik ve yabancı antijenleri nasıl ayırt oluşturduğunu anlamak için içgörüler sağlamak için kullanılabilir.
5C'ye kadar. B10'da C7 TCR-transgenik RAG2 nakavt fareler. Chicago Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi tarafından onaylanan bir protokole göre bu çalışmada bir arka plan kullanılmıştır.
1. T Hücrelerinin Hasat ve Aktive
NOT: Protokolün bu bölümü önceki protokolleri temel alınr. Daha fazla ayrıntı için alıntılarbakınız 20,21.
2. Hücreleri Hazırlama
3. LLSM Günlük Uyumun Yürütülmesi
NOT: (Önemli) Bu hizalama protokolü kullanılan LLSM aletine dayanır (Bkz. Malzemeler Tablosu). Her LLSM farklı olabilir ve farklı hizalama stratejileri, özellikle de ev yapımı olanlar gerektirir. Uygun rutin hizalamayı gerçekleştirin ve bölüm 4'e devam edin.
4. LLSM ile Hücrelerin Ayarlanması
5. Parça Yüzey Dinamiği
Burada, birincil fare 5C'nin izolasyon, hazırlık ve görüntülemesini açıklıyoruz. Kafes ışık sayfası mikroskobu kullanan C7 T hücreleri. Bölüm 3 sırasında, mikroskobu doğru hizalamak ve toplama dan sonra verileri deconvolve hangi ile PSF günlük toplamak için zorunludur. Şekil2'de, mikroskobu hizalarken görülecek doğru hizalama görüntülerini gösteririz. Şekil 2A ve Şekil 2B, floresan olarak görüntülendiğinde sırasıyla doğru ışın yolunu ve ışın hizasını gösterir. Amaç tonu, XZ ve YZ projeksiyonlarında mümkün olduğunca simetrik büyük bir X şekli göstermelidir; bu da mümkün olduğunca bir X küçük olarak ayarlanmalıdır (Şekil 2C). Bu esas olarak emisyon hedefi yaka ayarlayarak elde edilir. Z galvo scan XZ ve XY'de her iki tarafta tek bir nokta ile oval göstermelidir (XZ için yukarıda ve aşağıda, YZ için sol ve sağ)(Şekil 2D). Bu esas olarak galvo ayna eğimi ayarlayarak elde edilir, ya manuel ya da yazılım motorlu ayarı ile. Son olarak, hem z+hedef tarar hem de örnek tarar mümkün olduğunca yuvarlak görünen noktagöstermelidir(Şekil 2E ve Şekil 2F, sırasıyla). Bu küçük bir X olabilir, ama bu mümkün olduğunca dimished olmalıdır. Objektif tarak ve z galvo iyi ayarlanmış sayılsa da, ayarlamalar gerekiyorsa, çoğunlukla galvo aynası ile yapılacaktır. Bu hizalama sırasında, yaka ve galvo ayarlı her zaman, odak (emisyon hedefi üzerinde mikrometre) de ayarlanması gerekecektir dikkat etmek önemlidir.
Bu protokolü kullanarak, TR'lerin dört boyutlu dinamiklerini T-hücre yüzeyinde görebiliriz (Şekil 1, Film 1). Bu mikroskobun en büyük avantajı, TC'lerin görselleştirilmiş yüzey birimlerini izleme ve boyutları, hareketleri, sinyal yoğunluğu vb. sayısal veriler elde edebilme yeteneğidir (bkz. Malzeme Tablosu). Film 2 elde edilen parçaların bir örneğini gösterir.

Şekil 1: T hücre-APC Sinaps4 boyutlu görüntüleme. (A) Temsili bir örnek 3D zaman atlamalı LLSM görüntüleri bir T hücresi bir APC ile etkileşim gösteren. Gösterilen TCR (yeşil, anti-TCR-AF488 tarafından etiketlenmiş) bir APC yüzeyinde sunulan antijenler tanıma dinamikleri (kırmızı, sitosolik mCherry). Ölçek çubuğu = 5 μm. Ayrıca bkz: Film 1. (B) Ortogonal XY dilimi (A). Inset, tüm hücrenin başvuru çerçevesidir. Ölçek çubuğu = 5 μm. (C) Ortogonal YZ dilimi (A). Inset, tüm hücrenin başvuru çerçevesidir. Ölçek çubuğu = 5 μm. (D) Çift ortogonal dilim (A). Inset tüm hücrenin referans çerçevesidir. Ölçek çubuğu = 5 μm. Ayrıca film 3bakın. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Şekil 2: LLSM hizalama. (A) LLSM görüntüleme deneyi için istenilen ışın deseni. (B) Işın hizalama işleminin ekran görüntüsü; solda daraltılmış, odaklanmış kirişi gösteren odak penceresi; sağ üstte, kirişin pencere içinde ortalanmış olduğunu gösteren bir grafik; sağ alt ta ince, odaklanmış bir ışın olmalıdır bulucu kamera. (C) Bir boncuk maksimum yoğunluk projeksiyonları (MIPs) objektif talan tarafından. (D) Z-galvo tarak bir boncuk maksimum yoğunluk projeksiyonları (MIPs). (E) Bir boncuk maksimum yoğunluk projeksiyonları (MIPs) z + objektif talan tarafından. (F) Numune tadına göre bir boncuk maksimum yoğunluk projeksiyonları (MIPs). Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.

Film 1: T hücre sinaps oluşumu. αTCR-AF488 (yeşil) ile etiketlenmiş bir T hücresinin, 1,54 s aralığında 70 zaman puanı üzerinde sitosolik mCherry (kırmızı) ifade eden bir hedef APC ile etkileşiminin iki renkli hacim li işlemesi. Bu videoyu izlemek için lütfen buraya tıklayın. (İndirmek için sağ tıklatın.)

Film 2: TCR dinamik hareketini izleme. Film 1ile karşılaştırın. Görünür TCR yapılarına karşılık gelen kümeler görüntüleme yazılımı ile zaman içinde 3Boyutlu olarak izlendi. Önceki dört kare üzerinde küme konumlarını gösteren ejderha kuyrukları, yer değiştirme uzunluğuna göre renk kodlanır. Bu videoyu izlemek için lütfen buraya tıklayın. (İndirmek için sağ tıklatın.)

Film 3: T hücre sinaps ortogonal dilimleri. Film 1 ve Şekil 1B-Dile karşılaştırın. Film 1çift ortogonal dilim , αTCRβ-AF488 Fab gerçekten hücre yüzeyi TUSAŞ etiketleme olduğunu gösteren. Ölçek çubuğu = 5 μm. Bu videoyu izlemek için lütfen buraya tıklayın. (İndirmek için sağ tıklatın.)
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Bu protokolün amacı, canlı hücrelerdeki yüzey reseptör dinamiklerini dört boyutlu olarak görselleştirmek için Kafes Işık Sayfası Mikroskobu'nun nasıl kullanılacağını göstermektir. Burada CD4+ primer T hücrelerindeki T hücre reseptörleri gösterilmiştir.
Chicago Üniversitesi'nden Dr. Vytas Bindokas'ın tavsiye ve rehberliğini kabul etmek istiyoruz. Kafes ışık levhamikroskobunu destekleyip koruduğu için Chicago Üniversitesi'ndeki Entegre Işık Mikroskobu Çekirdek Tesisi'ne teşekkür ederiz. Bu çalışma NIH Yeni Yenilikçi Ödülü 1DP2AI144245 ve NSF Kariyer Ödülü 1653782 (To J.H.) tarafından desteklenmiştir. J.R. NSF Lisansüstü Araştırma Bursprogramı tarafından desteklenir.
| T hücre hasadı için | 1 mL Şırınga | BD | 309659 |
| T hücre kültürü için | 2-Merkaptoetanol | Sigma-Aldrich | M3148-25ML |
| 5 mm yuvarlak lameller | Görüntüleme için World Precision Instruments | 502040 | Görüntüleme için |
| 70um Steril Hücre Süzgeci | Corning | 7201431 | T hücresi hasadı için |
| Alexa Fluor 488 anti-fare TCR ve beta; zincir Antikoru | Fetal | Sığır Serumu | |
| (FBS) | Görüntüleme için BioLegend 109215X& | T hücre kültürü için | Y Hücre KültürüFBS-500 |
| Ficoll | GE Healthcare | 17-1440-02 | T hücresi hasadı için denisty gradyan reaktifi |
| hizalaması için | Floresein sodyum tuzu | Sigma-Aldrich | F6377 |
| FluoSpheres Karboksilat Modifiye Mikroküreler | Thermo Fisher Scientific | F8810 | Mikroskop hizalaması için |
| Imaris | Bitplane | N/A | İzleme Yazılımı; İzleme yazılımı için diğer seçenekler arasında Amira veya Trackmate (Fiji) bulunur. |
| Kafes Işık Levha Mikroskobu | 3i | N / A | Mikroskop |
| Leibovitz'in L-15 Ortamını Kullandı, fenol kırmızısı yok | Görüntülemeiçin | Thermo Fisher Scientific | 21083027 |
| L-Glutamin | Thermo Fisher Scientific | 25030-081 | T hücre kültürü için |
| LLSpy | Janelia Araştırma Kampüsü | Yok | LLSpy, Howard Hughes Tıp Enstitüsü, Janelia Araştırma Kampüsü'nün lisansı altında kullanıldı. Erişim için innovation@janelia.hhmi.org ile iletişime geçin. Fiji, Slidebook, Amira ve diğerleri gibi görüntü işleme yazılımlarında diğer evrişim giderme ve deksewing yöntemleri mevcuttur. https://llspy.readthedocs.io/en/latest/ |
| Güve Sitokrom C (MCC), dizi ANERADLIAYLKQATK | Elimbio | T hücresi hasadı için | Özel Sentez |
| Penasilin/Streptamisin | Yaşam Teknolojileri | 15140122_3683884612 | T hücre kültürü için |
| Poli-L-Lizin | Phoenix Araştırma Ürünleri | Görüntüleme için | P8920-100ML |
| RBC Lizis Tamponu | eBioscience | 00-4300-54 | T hücre hasadı için |
| Rekombinant fare IL-2 | Sigma-Aldrich | I0523 | T hücre kültürü için |
| RPMI 1640 Orta | Corning | MT10040CV | |
| Slayt Kitabı | 3i | N/A | LLSM görüntüleme yazılımı |
| Cerrahi Diseksiyon Araçları | Nova-Tech International | DSET10 | T hücresi hasadı için |
| T-25 Şişeleri | Eppendorf | 2231710126 | T hücre kültürü için |
| Thermo Scientific Pierce Fab Mikro Hazırlama Kitleri | Thermo Fisher Scientific | 44685 | Fab hazırlamak için |