Burada canlı hücre dönen disk konfokal mikroskopisi ve MATLAB tabanlı görüntü işleme kullanarak prometafazda senkronize hücrelerde mikrotübül dinamiği analizinin sağlam ve ayrıntılı bir yöntemini sıyoruz.
Yöntem makalesi
Burada canlı hücre dönen disk konfokal mikroskopisi ve MATLAB tabanlı görüntü işleme kullanarak prometafazda senkronize hücrelerde mikrotübül dinamiği analizinin sağlam ve ayrıntılı bir yöntemini sıyoruz.
Canlı hücrelerdeki mikrotübül dinamiklerini belirlemek için kurulmuş bir yöntemin modifikasyonunu tanımlıyoruz. Protokol, mikrotübüllerin pozitif uçları (tdTomato floresan proteini ile etiketlenmiş EB3) ve dönen disk konfokal mikroskopisi kullanılarak yüksek hızlı, yüksek çözünürlüklü, canlı hücre görüntülemesi için genetik olarak kodlanmış bir belirteç ifadesine dayanmaktadır. Hücre döngüsü senkronizasyonu ve mikrotübüllerin artan yoğunluğu mitotik hücrelerde sentozomal ayırma inhibe ederek elde edilir ve büyüme analizi açık kaynak U-Track yazılımı kullanılarak gerçekleştirilir. Parlak ve kırmızı yayılılmış floresan proteinin kullanımı, düşük lazer gücü ve iplik disk mikroskobu için gerekli azaltılmış maruz kalma süresi ile birlikte fototoksisiteyi ve ışığa bağlı objelerin olasılığını azaltır. Bu standart kültür koşulları altında bir büyüme ortamda hücreleri korurken aynı hazırlık hücrelerin daha fazla sayıda görüntüleme sağlar. Analiz denetlenen otomatik bir şekilde yapıldığından, sonuçlar istatistiksel olarak sağlam ve tekrarlanabilir.
Mikrotübüller (MTs) hemen hemen tüm ökaryotik hücrelerde ve bazı bakterilerde bulunan son derece dinamik yapılardır1. Aktin ve ara filamentlerle birlikte sitoiskelet2,3'ün yonttürün. Hücre bölünmesi4, molekül taşıma5, flagellar dayak6, birincil cilium7ile çevrenin hissi , işitme (kinocilium)8,9, embriyogenez10,11,12, invazyon ve metastaz13,14, ve hatta bellek oluşumu15,16,17,18, ve diğer pek çok süreç öncelikle MTs güveniyor. Tüm bu olaylara MTs katılımı hızla büyüme (polimerizasyon) ve büzülme (depolimerizasyon) arasında geçiş olağanüstü yeteneği olmadan imkansız olacaktır. Bu özellik dinamik kararsızlık19olarak tanımlanır. MT dinamikliği birçok patolojik koşullarda değiştirilir20,21,22. Bu nedenle, bu özelliğin doğasını belirleme hastalık mekanizmaları ve daha sonra tedavi anlamak için yardımcı olabilir.
MT dinamiği analizi için uzun bir yöntem listesi geliştirilmiştir ve bunların çoğu görüntüleme tekniklerine dayanmaktadır23. Başlangıçta, geniş alan ışık mikroskoplar in vitro24tubulin polimerlerin oluşumunu gözlemlemek için kullanılmıştır. MT artı uçlarında toplanan son bağlayıcı (EB)-proteinlerin keşfi ve floresan etiket proteinleri için yöntemlerin geliştirilmesi, geniş alan ve konfokal floresan mikroskoplar25,26,27ile canlı hücrelerde doğrudan MT'lerin davranışını gözlemlemek mümkün kılmaktadır. Bir EB-protein ilerler bağlayıcı protein 3 (EB3)28; bir floresan protein erimiş EB3 aşırı ekspresyon ve izleme ile, MT artı uç montaj oranlarıbelirlenebilir 29,30.
Konfokal lazer tarama floresan mikroskopisi (CLSM) sıklıkla MT dinamiklerini takip etmek için kullanılır. Ancak, bu görüntüleme tekniği fototoksisite ve fotobeyazrlama, canlı hücre ve loş örnek görüntüleme için iki istenmeyen süreçler yüksek bir risk teşkil31. Daha iyi bir sinyal-gürültü oranı elde etmek için, lazer gücü ve maruz kalma süresi numunelere zarar vermezken yeterince yüksek olmalıdır ve bu da hız karşılığında çözünürlükten ödün vermelidir. CLSM'ye uygun bir alternatif, dönen disk mikroskobu32'dir. Bu görüntüleme yöntemi bir Nipkow disk33kullanımına dayanmaktadır , hangi iğne delikleri bir dizi taşıyan hareketli bir disk oluşur, ve aynı anda aynı örneği görüntüleme birçok CLS mikroskoplar eşdeğer çalışır34. Bu nedenle, lazerden gelen ışık aynı anda örnekteki çeşitli bölgeleri aydınlatır ancak konfokal tabiatı korur. Nipkow disk, bu nedenle, CLSM benzer ama daha hızlı ve daha az lazer gücü kullanarak görüntüleri elde sağlar. Nipkow disk daha yokogawa Electric tarafından geliştirilmiştir, hangi mikrolensler bir dizi ile ikinci bir disk tanıttı bu ayrı ayrı bir iğne deliği içine ışık doğrudan, daha fazla fototoksisite ve fotobleaching azaltarak35. Böylece, dönen disk lazer tarama mikroskopisi canlı hücre görüntüleme için tercih edilen bir yöntem haline geldi, ve mümkün yüksek hızda yüksek sinyal-gürültü oranı ile görüntü elde etmek için yapar31,36, bu hızlı büyüyen MT biter gibi sinyalleri çözmek için çok önemlidir.
MT dinamiği geçici olarak farklılık gösterir. Örneğin, mitotik MTs interfaz olanlar37,38daha dinamiktir. Benzer şekilde, büyüme hızı ve büzülme farklılıkları aynı hücre döngüsü fazı içinde bile gözlenmiştir, mitoz gibi39,40. Bu nedenle, yanlış veri toplamayı önlemek için, MT dinamiğinin ölçümü hücre döngüsü sırasında dar bir zaman penceresi ile sınırlandırılmalıdır. Örneğin, prometafazda MT dinamiğinin ölçümü, motor kinsin Eg541'i inhibe eden ve bipolar mitotik mil oluşumunu engelleyen bir monastrol analogu olan dimethylenastron (DME) hücreleri tedavi ederek elde edilebilir42. Eg5 inhibitörü DME ve diğer monastrol türevleri ile prometafazda hücrelerin inhibisyonu MT dinamikleri etkilemez43,44,45, Hangi DME sabit ve canlı hücrelerde hem de MT dinamikleri incelemek için yararlı bir araç yapar44.
Burada Ertych ve ark.44 tarafından tanımlanan prometafaz hücrelerinde MT dinamiği analizi yöntemini çift dönen disk görüntüleme ile birleştiriyoruz. Bu yöntem, fotobeyaztma ve minimum fototoksisite olmaksızın, daha yüksek görüntüleme hızına sahip tek bir odak düzleminden toplanan prometafaz hücrelerinde MT dinamiğinin ölçülmesine olanak sağlar. Ayrıca, floresan muhabiri olarak, yeşil floresan protein (EGFP) ile karşılaştırıldığında parlaklık ve fotostabilite geliştirilmiş ve daha düşük enerjiLi ışık ile heyecanlı tandem dimer Domates floresan protein (tdTomato) kullanın46. Bu nedenle, tdTomato uyarma için daha az lazer gücü gerektirir ve daha az fototoksik. Toplamda, fototoksisiteyi azaltarak ve MT dinamikanalizi için gerekli olan çözünürlüğü ve postprocessingi iyileştirerek yöntemi daha da geliştiriyoruz. Ayrıca, diğer senkronizasyon teknikleri ile birleştirerek yöntemin gelecekteki değişiklikler için bir temel oluşturmak.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
1. HeLa Hücrelerinin Tohumlanması

Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Şekil 1A'daözetlenen protokolütaki pEB3-tdTomato plazmid, eş zamanlı olarak büyüyen HeLa hücrelerinde geçici olarak ifade edildi. DME tedavisi ile prometafazda transfeksiyon dan sonra hücreler 48 saat senkronize edildi(Şekil 1B). Bu adım, MT dinamiğinin ölçümünün her zaman hücre döngüsünün aynı aşamasında yapılmasını sağlamıştır. Zaman atlamalı filmler daha fazla işlenmiş ve U-Track v2.2.0 ile analiz olarak ek belgelerde açıklandığıgibi 50
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Burada, ilk ertych ve ark.44tarafından kurulan bir yöntemin bir değişiklik açıklar. Diğer bazı modifikasyonlarla birlikte, bu MT dinamiği analizi tekniğini çift dönen disk konfokal görüntüleme ile birleştiriyoruz. Çift eğirme diskinin kullanımı fototoksisiteyi azaltırken mt'ler büyüyen çözünürlüğü artırır36. Daha uzun bir dalga boyu floresan muhabirine geçerek hücrelerin fotobeyaztma ve lazer ışık kaynaklı hasarını daha da azaltıyoruz. TdDomates floresan proteini, EGFP
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarların açıklayacak bir şeyi yok.
Max-Planck Deneysel Tıp Enstitüsü Hafif Mikroskobu Tesisi üyelerine uzman tavsiye ve desteklerinden dolayı teşekkür ederiz.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Dimetilenastron | Merck | 324622 | |
| fenol kırmızısı olmayan DMEM | Gibco | 31053-28 | |
| DPBS | Gibco | 14190-094 | |
| Fetal sığır serumu | Biochrom | S0415 | |
| Fibronektin Sığır | Plazması Merck | F4759 | Steril toz |
| GlutaMAX | Gibco | 35050-038 | Kararlı glutamin ikame edici |
| jetPRIME | Polyplus | 114-15 | |
| EB3-TdDomates | Addgene | plazmid # 50708 | |
| RPMI 1640 | Gibco | 61870-010 | |
| Tripan Mavisi | Merck | T8154-20ML | |
| Tripsin / EDTA çözeltisi | Biochrom | L2143 | 0.05 /% 0.02 kalsiyum ve magnezyum |
| ve mikro; slayt | Ibidi | 80426 | #1.5 lamel ile 4 kuyulu slayt |
| Eclipse Ti Ters mikroskop | Nikon | NA | |
| Objektif | Nikon | MRD01991 | CFI Apo TIRF 100xC Yağ |
| ACAL Lazer Excahnger | Nikon | Lazer kutusu. 405, 458, 488, 514, 561 ve 647 nm | |
| Dönen disk modülü | Andor CSU-W | ||
| Kamera | Andor | iXon Ultra 888 | |
| Çevre Odası | CO2 kaynağı, sıcaklık kontrolü ve nemlendirici ile donatılmış | Okolab | |
| HeLa Hücreleri | DSMZ | ACC-57 | |
| NIS Elemanları v4 | Nikon | Eğirme disk mikroskobu. Edinim Yazılımı | |
| MATLAB | Mathworks | Bilgi İşlem ortamı | |
| Prism 8 | GraphPad | İstatistiksel analiz ve görüntüleme yazılımı |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Bu JoVE makalesinin metnini veya şekillerini yeniden kullanmak için izin iste
İzin iste