Bakteriyel Bölümü Makine Super çözünürlüklü Görüntüleme

Published 1/21/2013
0 Comments
  CITE THIS  SHARE 
Biology

Your institution must subscribe to JoVE's Biology section to access this content.

Fill out the form below to receive a free trial or learn more about access:

Welcome!

Enter your email below to get your free 10 minute trial to JoVE!





By clicking "Submit", you agree to our policies.

 

Summary

Biz bakteriyel FtsZ-ring yapısal organizasyonu, hücre bölünmesi için gerekli bir aparat soruşturma için görüntüleme yöntemi bir süper-çözünürlük tarif. Bu yöntem, fotoaktive yerelleştirme mikroskobu (PALM) kantitatif görüntü analizi dayanır ve diğer bakteri sitoskeletal proteinleri ile uygulanabilir.

Cite this Article

Copy Citation

Buss, J., Coltharp, C., Xiao, J. Super-resolution Imaging of the Bacterial Division Machinery. J. Vis. Exp. (71), e50048, doi:10.3791/50048 (2013).

Please note that all translations are automatically generated.

Click here for the english version. For other languages click here.

Abstract

Bakteriyel hücre bölünmesi midcell 1,2 de daha on temel proteinin koordineli montaj gerektirir. Bu sürecin temelinde bölünme planı 3,4 de FtsZ protein tarafından bir halka benzeri suprastructure (Z-ring) oluşumudur. Z-halka birden fazla tek sarmallı FtsZ protofilaments oluşur, ve Z-halka içinde protofilaments düzenlemesini anlama bir güç jeneratörü 5,6 olarak Z-halka montaj ve işlevi mekanizma fikir sunar. Bu bilgiler, geleneksel floresan ve elektron mikroskopi nedeniyle mevcut sınırlamalar zor kalmıştır. Geleneksel floresan mikroskobu ışığın kırınım sınırı (~ 200 nm) nedeniyle Z-halkasının bir yüksek çözünürlüklü görüntü sağlayamaz. Elektron cryotomographic görüntüleme küçük C. FtsZ protofilaments dağınık algıladı crescentus 7 hücreleri, ancak bu gibi büyük hücreleri uygulamak zordurE. coli ya da B. subtilis. Burada bir süper-çözünürlük floresans mikroskopi yöntemi uygulama tanımlamak, fotoaktive Yerelleştirme Mikroskobu (PALM), kantitatif E. yapısal organizasyonu karakterize etmek coli Z-ring 8.

PALM görüntüleme hem yüksek uzaysal çözünürlük (~ 35 nm) ve hedef proteinleri açık olarak tanımlaması sağlamak için özel etiketleme sunmaktadır. Biz 405 nm 9 aktivasyonu üzerine kırmızı floresan (eksitasyon = 561 nm) ve yeşil floresan (eksitasyon = 488 nm) geçer photoactivatable floresan proteini mEos2 ile FtsZ etiketli. Bir hurma deney esnasında, tek FtsZ-mEos2 moleküller stokastik olarak aktive edilir ve tek molekül karşılık gelen pozisyonlarda sentroid <20 nm hassas bir şekilde tespit edilir. Z-halkasının bir süper çözünürlüklü görüntü sonra tüm tespit FtsZ-mEos2 moleküllerin Centroid pozisyonları atma tarafından yeniden yapılmıştır.

<p class = "jove_content"> Bu yöntemi kullanarak, biz Z-ring ~ 100 nm sabit bir genişliğe sahip ve üç boyutta birbirleriyle örtüşen FtsZ protofilaments gevşek bir paket oluştuğunu buldu. Bu veriler, Z-halka 10, hücre devre bağımlı değişiklikleri daha ileri araştırmalar için bir sıçrama sağlamak ve ilgili diğer proteinler ile uygulanabilir.

Protocol

1. Örnek Hazırlanması

  1. Suşu JB281 tek bir koloni ile LB ortamı aşılamak [BW25113 / pJB042 (P Lac: FtsZ-mEos2)]. 37 bir çalkalayıcı gecede büyümek ° C.
  2. M9 içine kültür 1:1,000 + asgari medya [M9 Tuzlar,% 0.4 glikoz, 2 mM MgSO4, 0.1 mM CaCl2, MEM Amino Asitler ve Vitaminler] seyreltin ve orta-log fazı (= 0.2-0.3 OD 600) büyümek Oda sıcaklığında (RT) de kloramfenikol (150 ug / ml) varlığında.
  3. 20 uM (Not # 1) 2 saat süreyle IPTG ile kültür øndükle.
  4. Pelet mikrosantrifüj (8.000 rpm, 1 dak) ve kültür M9 + eşit hacimde tekrar süspansiyon haline getirin; tekrarlayın. Ikinci yeniden süspansiyon sonra 2 saat oda sıcaklığında büyüme devam etmektedir.
  5. 40 dk için oda sıcaklığında PBS içinde% 4 paraformaldehid (pH = 7.4) ile indüklenen kültür düzeltildi. PBS eşit hacimde Pelet kültür ve tekrar süspansiyon; tekrarlayın. Görüntüleme canlı hücreler varsa, eşit hacimde fiksasyon, pelet kültür ve tekrar süspansiyon atlayınM9 arasında - [M9 Tuzlar,% 0.4 glikoz, 2 mM MgSO4, 0.1 mM CaCl2, MEM Amino Asitler]; tekrarlayın.
  6. Yeniden süspanse kültürü ile 1:10 altın boncuk seyreltin. (Adım 2.4) hazırlanmış görüntüleme odasına örnek uygulayın.

[1] Not: Yukarıdaki indüksiyon protokol (adım 1.1-1.3) suşu JB281 ifade sistemi için optimize edilmiştir. Ayrıntılı indüksiyon koşullarında diğer ilgi ifade sistemleri veya proteinler için değişebilir.

2. Görüntüleme Odası Meclis

  1. - M9 içinde bir% 3 (w / v) solüsyonu agaroz edin. 40min bir tezgah üst ısıtma bloğu 70 agaroz ° C eritin. Mağaza kadar 5 saat için 50 ° C'de agaroz eridi.
  2. Aşağı bakacak şekilde elektrotlar ile görüntüleme odasının üst yarısında bir temiz microaqueduct slayt yerleştirin. Perfüzyon kanalları kapsayacak şekilde microaqueduct slaytta alt contasını.
  3. Cam merkezine eritilmiş agaroz ~ 50 ul uygulaslayt. Temiz, kuru bir lamel ile hemen üst agaroz jel damlacık. Jel 30 dakika boyunca oda sıcaklığında katılaşmaya bırakın.
    1. Lamelleri temizlemek için: bir seramik tutucu lamelleri düzenlemek ve aseton, etanol ve cam kavanozlarda 1M KOH banyoları dönen 20 dakika sonikasyon. DH 2 O., tek bir sonikasyon takiben, 9 sonications toplam döngüsü, üç kez tekrarlayın Taze dH 2 O içinde temizlenmiş lamelleri Mağaza Kullanmadan önce, filtrelenmiş hava ile kuru lamelleri darbe.
  4. Dikkatlice microaqueduct slayt üzerinde jel pedi bırakarak, lamel çıkarın. Hemen jel pedi üst hücre kültürü örnek 1 ul (adım 1.6 bakın). Çözüm jel pedi tarafından absorbe edilmesi için izin ~ 2 dakika bekleyin. Yeni, temiz, kuru lamel ile Top jel pedi. Üreticinin talimatlarına göre tüm görüntüleme odasının birleştirin.

3. Image Acquisition

  1. Mikroskop, kamera ve lazer açın. MetaMorph yumuşak açmal (Moleküler Cihazlar).
  2. Görüntüleme yolu uygun uyarma / emisyon filtresi (Şekil 1) yerleştirin.
  3. Buna göre lazer güçler ve satın alma ayarları.
    1. 488-nm lazer = 15 mW (Not # 2)
    2. 561-nm lazer = 75 mW
    3. 405-nm lazer = 2 mW ± nötral yoğunluk filtresi (Not # 3)
  4. Tamamlayıcı sahne adaptör aracılığıyla aşamaya görüntüleme odasına kilitleyin.
  5. Homojen üç lazerler ile aydınlatılan uygun bir görüntüleme bölgesi (100x100 piksel) atayın.
  6. Hücreleri ve yakın konvansiyonel işaretleri (altın boncuk) ama örtüşmeyen her ikisini içeren bir örnek alan tanımlayın.
  7. Lamel en yakın hücrelerin yüzeyi üzerinde odaklanma. 50 ms entegrasyon süresi ile bir aydınlık görüntü Edinme ve (Şekil 3Ai) örnek içine odağı 0,5 mikron taşıyın.
  8. 488-n gelen vak'aları ile topluluğu yeşil floresan görüntü Edinme m lazer 50 ms entegral süre (Şekil 3Aii) kullanarak.
  9. 405-nm ve 561 nm lazerler sürekli yanması ile kırmızı kanalda streaming video edinin. Sabit hücreler için, 50 ms çerçeve hızı her 1000 kare ~% 10 Rampalı 405-nm lazer gücü ile 20.000 kare (~ 17 dk toplam) toplam (Not # 4) için kullanılır. Canlı hücreler için, 10 ms çerçeve hızı sabit 405 nm lazer gücünde 3.000 kare (~ 30 toplam) toplam için kullanılır.
  10. Hücrelerin alt yüzeyine odak geri hareket ettirmek ve aşama 3.7 'de olduğu gibi başka bir aydınlık alan görüntü alma.

[2] Not: bir hücrenin yeşil floresans yoğunluğunu entegre hücre içinde ifade FtsZ-mEos2 moleküllerinin toplam sayısıyla doğru orantılıdır. 488-nm uyarma ve güç elde etme topluluk floresan ayarlar göreli FtsZ-mEos2 çeşitli hücrelerde ifade seviyeleri karşılaştırıldığında, böylece tüm hücreler için sabit tutulmalıdır.

ontent "> [3] Not:. sabit hücreler her bir molekülün kesin olarak tespit edilebilir, böylece yavaş bir aktivasyon oran elde etmek için yerinde Doğal Yoğunluk (ND) filtre (Şekil 1, optik bileşeni # 5) ile görüntülü bir kırınım-sınırlı bir alanda aynı anda aktif olan iki molekül bir düşük olasılık korurken görüntüleme, hücrelerin aktivasyonu oranını artırmak için yaşamak ne ND filtre kaldırılır. hızlı bir oranda canlı hücre görüntüleme uygulanan toplam satın alma süresini azaltmak için gereklidir, böylece zaman içinde Z-halka "dondurma" ve hücre için fotohasar etkisini sınırlayan.

[4] Not: Elde edilen kare sayısı bizim sistem için ve belirli hücre yapısına bağlıdır edildi, yoğunluk etiketleme aktivasyon oranı ve florofor tüm havuz yorucu olup olmadığını analiz için önemlidir. Canlı hücreler, bu ti olduğu kadar kısa bir süre içinde lokalizasyonları yeterli sayıda elde etmek için önemlidirBana en hücresel yapının hareketinin neden olduğu görüntünün bulanık olmaması için.

4. PALM Görüntü İnşaat

  1. Algılanan her nokta Centroid konumunu belirleyin.
    1. Matlab (MathWorks, Inc) içine görüntü yığınını yükleyin.
    2. Tüm indirgeme boncuk dışlayan bir hücre etrafında bir bölgeye Görüntü yığını kırpın.
    3. Arka seviyesinden, ama ortalama spot yoğunluğu altında nokta tespiti için bir yoğunluk eşik seçin. Biz 150 çerçeve penceresini kullanarak maksimum yoğunluk çalışan ortalaması hesaplanarak bir deney boyunca arka düzeyde varyasyon için hesap. Her çerçeve için yoğunluğu eşik sonra çalışan ortalama değerlerden enterpolasyonlanan.
    4. Her bir çerçeve ilgili eşik çıkarın. Aday noktalar eşiğin üstünde şiddetleri ile üç bitişik pikseller olarak tanımlanır.
    5. Iki boyutlu Gaussia her prospektif spot floresan yoğunluğu Fitn işlevi [Denklem # 1] doğrusal olmayan en küçük kareler algoritması (Şekil 2) kullanılarak. Her nokta lokalizasyonu hassas tespit fotonların toplam sayısı [Denklem # 2] kullanılarak hesaplanır. Bir yerelleştirme hassas Herhangi kötü kesim yerinde 20'den fazla nm (sabit hücreler) ya da 45 nm (canlı hücreler) (Not # 5) atılır. Örtüşen yayıcılar nedeniyle muhtemelen ortalama yoğunluk, iki kat daha fazla bir yoğunluk ile her bir nokta da atılır.
    6. Sabit hücreler için, kimin sentroid pozisyonu 45 nm içinde herhangi bir nokta göz ardı tarafından aynı molekülün tekrarlanan gözlemlere kaldır 6 veya daha az çerçeve tarafından öncesinde başka bir nokta. Canlı hücreler için tüm noktalar korunur.
  2. Indirgeme işaretleyici hareket kullanarak örnek sürüklenme kalibre.
    1. Bir indirgeme işareti etrafında bir 10x10 piksel bölgedeki kırpın.
    2. Her bir çerçeve 4.1.3 olarak belirlenen ilgili eşik çıkarın.
    3. Her yoğunluk profili Fiten küçük kareler uydurma algoritması ile çerçevesi iki boyutlu bir Gauss şekli varsayarak.
    4. Çerçeve 1 göreli Centroid pozisyonları arasındaki deplasman hesaplayın.
  3. 4.2 hesaplanan uygun numune sürüklenme ile 4.1 belirlenen her benzersiz molekülün Centroid konumunu düzeltin. 3.7 ve 3.10 'da elde edilen aydınlık görüntüleri karşılaştırın. Hücreler indirgeme işaretleri göre hareket gözlenirse, veri dışarı atılır.
  4. 15x15 nm piksel oluşan tek bir görüntü üzerinde tüm düzeltilmiş Centroid pozisyonları Superimpose. Localisation hassas [Denklem # 2] eşit bir standart sapma ile Centroid konumda merkezli bir birim alanı, iki boyutlu Gauss profil olarak her benzersiz molekülün çizilir. Bir pikselin yoğunluğu o pikselin bir molekül bulma olasılığını (Şekil 3Aiv) ile orantılı bir olasılık yoğunluk haritası, bu sonuçlar.
  5. Topluluğu görüntüleri PALM görüntülerini karşılaştırarak.
    1. Centro Replot4.4 gibi, ancak 150x150 nm piksel ve 250 nm eşit bir standart sapma ile bir düzlem üzerinde kimliği pozisyonları. Bu 3.8 (Şekil 3Aiii) edinilen kırınım-sınırlı, topluluk görüntü karşılaştırmak için kullanılabilecek bir kırınım-sınırlı bir görüntü, taklit eden bir PALM görüntü oluşturur.
    2. Tespit molekülleri bütün halkın temsilcisi olduğunu onaylamak için, her iki görüntünün benzer şekil yapılarını göstermek olduğunu onaylamak için deneysel topluluk floresan görüntü (Şekil 3Aii, adım 3.8) ile yeniden topluluğu görüntü (Şekil 3Aiii, adım 4.5.1) karşılaştırmak , yönlendirme ve bağıl yoğunluğu.

[5] Not: minimum yerelleştirme hassas bir numunedeki tüm moleküller presizyonları çizilmesi ve uygun bir kesme belirleyerek, her bir görüntüleme yöntemi için deneysel olarak tespit edilmiştir.

5. PALM Görüntü Analizi

  1. Z-Ring widt Ölçmeh ve Çap.
    1. Böylece dikey olarak yönlendirmek hücrenin uzun ekseni (Şekil 4A) ile PALM görüntü döndürün.
    2. Z-halkası içeren hücresel bölge kırpın.
    3. Hücrenin uzun ekseni boyunca bir yoğunluk profili yansıtarak kümülatif yoğunluğu hesaplayın.
    4. Bir Gauss dağılımı yoğunluk profili takın. Halka genişlik donatılmış Gauss dağılımı tam genişliğinde yarı maksimum (FWHM) (Şekil 4B) olarak tanımlanır.
    5. Hücrenin kısa ekseni boyunca 5.1.2 kümülatif yoğunluk profili yansıtın. Halka çapı yoğunluk profili (Şekil 4C) olan tam uzunluğu olarak tanımlanır.
  2. (Not # 6) FtsZ Yoğunluk çiziliyor.
    1. (4.4) 'de anlatılanla sentroid pozisyonları Replot, ancak her bir eşsiz molekül 1 değeri verilmiştir ve sentroid pozisyonu karşılık gelen bir tek piksel tayin edecek şekilde Gauss profil olmadan. Her biri, bu şekilde, yoğunlukbu piksel piksel tespit moleküllerinin toplam sayısını temsil eder. Yoğunluk PALM görüntü de bir kontur arsa (Şekil 5E) olarak görüntülenebilir.
  3. Uzaysal Çözünürlük belirlenmesi.
    1. Teorik-başarılabilir uzaysal çözünürlüğü: algılanan tüm moleküllerinin ortalama tespit lokalizasyonu hassas kullanarak tüm numune için temsili bir PSF oluşturun ve FWHM (Denklem # 3) hesaplayabilirsiniz.
    2. Deneysel-elde uzaysal çözünürlüğü: Aynı molekül tekrar gözlemler arasındaki ortalama deplasman hesaplamak.

[6] Not: hücre / cam arayüzü üzerinde ince bir tabaka (~ 200 nm) aktivasyon ve uyarma kısıtlamak için (TIR-PALM, Şekil 1 ve 5) toplam iç yansıma PALM kullanılır. böylece lamel en yakın olan membran ile ilişkili sadece FtsZ molekülleri tespit edilecektir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Representative Results

Yukarıda tarif PALM görüntüleme yöntemi üretilen Z-halkanın iki-boyutlu, süper-çözünürlük oluşturmasıdır Şekil 3Aiv 'de gösterilmiştir. Aşağıda, onları elde edilebilir nitel ve nicel bilgiyi özetleyebilir.

Nitelik, biz Z-ring konvansiyonel floresans görüntüleri (Şekil 3A-Dii ve iv karşılaştırın) olarak ayırt edilemeyen çoklu konfigürasyonlar (tek band veya sarmal yay) benimser düzensiz bir yapıda olduğu görülmektedir. Bu gibi gözlemler, belirli bir yapısal yapılandırmasını göstermektedir hücre popülasyonunun yüzde belirlemek için kullanılabilir.

Aynı zamanda nicel olarak Z-halka boyutları ölçebilir. Halka genişlik ve çap belirlenmesi için Yaklaşımımız adım 5.1 'de tarif edilen ve Şekil 4' de gösterilmiştir. Şekil 4B itibaren, halka genişliği det oldu113 nm (FWHM) olarak ermined. Bu değer, tek bir FtsZ protofilament (in vitro EM 11 esas 5-10 nm) beklenen genişliğinden daha geniş. Şekil 4C, halka çapı 1,050 nm olarak ölçülür. Bu çap kantitatif hücre bölünmesi sırasında daralma derecesi tanımlamak için kullanılabilir.

Başka bir yaklaşım, kantitatif tanımlanan bir bölge içinde lokalize molekül sayısını sayarak molekül yoğunluğunu hesaplamak için. Yoğunluk ölçümü molekülleri yapısında paketlenir nasıl sıkı hakkında bilgi sağlar. Molekül yoğunluk göreceli ve mutlak olarak hem de tarif edilebilir. Bağıl yoğunluk (tüm hücre vs Z-ring moleküllerin örneğin fraksiyonu) farklı hücresel bölgeye moleküllerinin dağılımı hakkında bilgi verir. Mutlak yoğunluk ölçümü PALM görüntü (Şekil 3Aiv) aslında bir 2D projeksiyon olduğu gerçeği ile karmaşık3D nesnenin. Bu komplikasyon aşmak için, Z-ring tarafını tek bir algılama düzleminde kısıtlar TIR PALM, istihdam. Elde edilen veriler Şekil 5E 'de gösterilmiştir. Çizilen moleküllerinin toplam FtsZ nüfusunun önemli bir alt kümesini temsil ettikleri için, kararlı yoğunluk gerçek yoğunluğu daha düşük bir sınırdır. Z-halka TIR görüntülerde gözlenen maksimum yoğunluk yaklaşık 10 üst üste gelen bölümlerini içerir protofilaments olduğunu göstermektedir.

Şekil 1
Şekil 1. Bizim mikroskop düzeneğin basitleştirilmiş şematik. Her üç lazerler uygun dalgaboyu üzerinde tam kontrol sağlayan MetaMorph geliştirilen özel bir görüntüleme programı tarafından kontrol edilir. Açık gri hat emisyon yolunu gösterir iken koyu gri çizgi, uyarma ışık yolu gösterir. Toplam iç refle içinction (TIR) ​​mikroskopisi, ayarlanabilir bir platform gelme açısı değiştirmek amacıyla ışık yolu ile dik çevrilir.

Şekil 2,
Şekil 2. PALM yönteminin bir özeti. Başlangıçta, tüm FtsZ-mEos2 molekülleri yeşil floresans durumdadır. 405 ve 561 lazerler tarafından sürekli aydınlatma maruz kalma üzerine, tek moleküllerin stokastik kırmızı floresans durumuna dönüştürülür. Photobleaching oran 405 hem de güç ve 561 lazer ile tespit edilir ise, bu sürecin oranı, 405 lazer gücü ile tespit edilir. İdeal olarak, aktivasyon ve photobleaching oranı tek bir molekül kare başına tespit edildiği şekilde dengelenir. Kare yeterli sayıda elde edildikten sonra, görüntüleri adım 4.1 'de açıklandığı gibi her tanımlanan nokta takarak Matlab işlenir. Her unique molekülü sonra burada pseudo-kırmızı renkte gösterilir, böylece PALM görüntü üreten, tek bir düzlemde (adım 4.4) çizilir. Kırmızı özetlenen çerçeve önceki çerçeve aynı molekülden tekrar noktayı içerecek şekilde tespit edildi ve bu nedenle PALM görüntünün inşası sırasında dahil değildi.

Şekil 3
Şekil 3,. FtsZ-mEos2 eksprese (C ve D), sabit (A ve B) ve canlı hücrelerin Örnek görüntüler. Tüm hücreler için, anahat ve genel şekil aydınlık görüntü (i) görüntülenebilir. Ensemble floresans görüntüleri (ii) 488 lazer (adım 3.8) gelen uyarılma ile elde edilen ve FtsZ-mEos2, tüm havuz dağılımı temsil edilmektedir. PALM verileri (iii, adım 5.4) yeniden inşa topluluk görüntüsü yöntemin sadık için niteliksel bir onay sağlargerçek topluluk yapısının gösterimi. Oluşturulan PALM görüntüsü (iv) tüm benzersiz FtsZ-mEos2 lokalizasyonları toplamıdır ve FtsZ-mEos2 için bir olasılık yoğunluk haritasını gösterir. Hücre hatları görüntü III ve IV'de sarı noktalı çizgi ile temsil edilir. Hücreler tek bir bant uyum içinde, A ve C göstermek FtsZ, hücreleri, B ve D-kırınım sınırlı grup görüntü (iii) 'de tespit edilemez bir sarmal yay konformasyonu kabul FtsZ iken göstermektedir. Ölçek barlar, 500 nm.

Şekil 4,
Şekil 4. Z-halkası genişliği (kırmızı) ve Z-halkası çapı (yeşil). B. Yüzük genişliği şematik temsilleri gösteren A. PALM görüntüsü (mavi X) hücrenin uzun ekseni boyunca bir ile öngörülen yoğunluğu profiline uyan hesaplanır Gauss fonksiyonu (gray çizgi) ve daha sonra FWHM (kırmızı noktalı çizgi) belirlenmesi. Burada, halka genişlik 113 nm olarak tespit edilmiştir. C. Halka çapı birinci hücrenin kısa ekseni boyunca yoğunluk profili çıkıntı yapan ve daha sonra yukarıda sıfır yoğunluk profili, tam uzunlukta (yeşil noktalı çizgi) hesaplanarak belirlenir. Z-ring çapı 1,050 nm olarak tespit edilmiştir.

Şekil 5,
Şekil 5,. TIR-palmiye moleküllerinin doğru sayımı için olanak sağlar. Şekil 3'te olduğu gibi, aydınlık alan görüntü (A), topluluk floresan imaj (B), yeniden yapılandırılmış topluluk floresan imaj (C) ve palmiye görüntü (D)-FtsZ mEos2 eksprese eden bir hücre için gösterilmiştir. D oluşturmak için kullanılan aynı veri molekül den bir kontur komplo olarak replotted edilirE sity (piksel başına moleküller). Bu yoğunluk analizinden, FtsZ-mEos2 piksel başına 8 moleküllerde maksimum mevcut olduğu tespit edilmiştir. FtsZ protofilaments tek bir tabaka, piksel başına 10 5 molekül azami yoğunluğuna yol Çünkü Bu analiz, Z-halka FtsZ protofilaments birden fazla katmandan oluşmuş olduğunu göstermektedir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Discussion

PALM görüntüleri başka yollarla elde etmek zordur hedef protein moleküllerinin dağılımı ve düzenlenmesi detaylı analizi izin molekül sayısı ve hücre içindeki konumları hakkında bilgi içerir. Aşağıda PALM görüntülerin biyolojik alaka korurken doğru kantitatif bilgileri ayıklamak için alınması gereken önlemler özetlemektedir. Biz de en iyi canlı vs sabit hücreler kullanılarak elde edilebilir bilgileri inceleyebilirsiniz. Son olarak, biz hücre bölünmesi makine hakkında ek süper-çözünürlük bilgi edinme yolları önermek.

Yukarıda açıklanan yöntem, şu şekilde doğru PALM görüntüleri üretmek üzere optimize edilmiştir. İlk olarak, karakterize edilmekte ve Z-halka yapısı 10, güvenilir bir göstergesi olarak hizmet etmesini sağlamak için füzyon protein işlevi optimize edilmiştir. Hem aşırı ve altında ifade sonuçlar beri füzyon proteini İkincisi, biz ince ayarlı ifadesianormal yapı oluşumu 10,12,13 içinde. Üçüncüsü, biz fluorofor photoblinking özellikleri 14 dayalı benzersiz molekülün belirlenmesi (adım 4.1.5) için eşik seçti. Photoblinking eşsiz moleküllerin belirlenmesi ve karmaşık hale gözardı ise, tek bir molekül overcounting yol açar. Overcounting boyut ölçümleri etkilemez rağmen, mutlak yoğunluğu ölçümleri yükseltmek etmez ve yanlış kümelenmelerin görünümünü yaratabilir. Ilgi diğer proteinler için bu yöntemi uygularken Bütün bu faktörler dikkate alınmalıdır.

Görüntüleme için canlı veya sabit hücrelerin seçimi istenen bilgi ve verimlilik bağlıdır. Canlı hücre görüntüleme yerelleştirilebilir (yani yavaş hareket eden) moleküller üzerinde (30 s) hızlı, ama sadece raporlarıdır. Bu genellikle bu sabit hücreler tüm etiketli molekülleri hakkında bilgi sağlamak ise membran ilişkili yalnızca molekülleri, canlı hücrelerde görülür demektir. Canlı hücre görüntüleme provides yüksek çözünürlüklü yapısal boyutları ve morfolojisi, ancak bireysel moleküllerin hareketi nedeniyle doğru molekülü yoğunluğu ölçümleri sağlayamaz. Sabit Hücre görüntüler bu bilgilerin tümünü sağlamaz, ancak benzersiz molekülleri tespit edilebilir, böylece düşük UV aktivasyon düzeyi gerektirebilir. Bu genişletilmiş görüntüleme kez (> 15 dk) yol açar. Buna ek olarak, tespit yapısal sapmaları neden olabilir. Kullanmak için yazmanız gereken örnek seçerken tüm bu faktörler dengeli olmalıdır.

Tarif ettiğimiz PALM yöntemi farklı suşlar, hücre döngüsü devletler ve büyüme koşulları karşısında mukayese edilebilir Z-ring yapısı süper-çözünürlük ayrıntıları sağlar. En son teknolojik gelişmeler Uygulama Z-ring cytokinetic mekanizması ilave bilgiler sağlayabilir. Örneğin, algılama yolu içine astigmatizma tanıtan optik kurulum illust üç boyutlu özelliği (~ 100 nm z-çözünürlük) eklemek için en basit yoludurŞekil 1. 15 puan. Ayrıca, aynı anda, aynı anda iki veya daha fazla protein görüntüleme spektral-belirgin photoactivatable floresan protein hızla ortaya çıkması ile gerçekçi bir seçeneği haline gelmiştir. Son olarak, UV-bağımsız bir şekilde photoactivates bir floresan protein geliştirilmesi 405 nm dalga boyunda ışık tarafından indüklenen DNA hasarına neden olmadan, tek bir hücre için uzun vadeli izleme izin verecektir.

Subscription Required. Please recommend JoVE to your librarian.

Disclosures

Çıkar çatışması ilan etti.

Acknowledgements

Hibe: 5RO1GM086447-02.

Materials

Name Company Catalog Number Comments
50 x MEM Amino Acids Sigma M5550
100 x MEM Vitamins Sigma M6895
IPTG Mediatech 46-102-RF
16% Paraformaldehyde Electron Micrsocopy Sciences 15710-S
SeaPlaque GTG Agarose Lonzo 50111
50 nm Gold Beads Microspheres-Nanospheres 790113-010
FCS2 Imaging Chamber Bioptechs
Stage Adaptor ASI I-3017
Inverted Microscope Olympus IX71
1.45 NA, 60x Objective Olympus
IXON EMCCD Camera Andor Technology DU897E
488-nm Sapphire Laser Coherent
561-nm Sapphire Laser Coherent
405-nm CUBE Laser Coherent

DOWNLOAD MATERIALS LIST

References

  1. Buddelmeijer, N., Beckwith, J. Assembly of cell division proteins at the E. coli cell center. Curr. Opin. Microbiol. 5, 553-557 (2002).
  2. de Boer, P., Crossley, R., Rothfield, L. The essential bacterial cell-division protein FtsZ is a GTPase. Nature. 359, 254-256 (1992).
  3. Lutkenhaus, J. F., Wolf-Watz, H., Donachie, W. D. Organization of genes in the ftsA-envA region of the Escherichia coli genetic map and identification of a new fts locus (ftsZ). J. Bacteriol. 142, 615-620 (1980).
  4. Bi, E. F., Lutkenhaus, J. FtsZ ring structure associated with division in Escherichia coli. Nature. 354, 161-164 (1991).
  5. Erickson, H. P., Taylor, D. W., Taylor, K. A., Bramhill, D. Bacterial cell division protein FtsZ assembles into protofilament sheets and minirings, structural homologs of tubulin polymers. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93, 519-523 (1996).
  6. Osawa, M., Anderson, D. E., Erickson, H. P. Reconstitution of contractile FtsZ rings in liposomes. Science. 320, 792-794 (2008).
  7. Li, Z., Trimble, M. J., Brun, Y. V., Jensen, G. J. The structure of FtsZ filaments in vivo suggests a force-generating role in cell division. Embo J. 26, 4694-4708 (2007).
  8. Betzig, E., et al. Imaging intracellular fluorescent proteins at nanometer resolution. Science. 313, 1642-1645 (2006).
  9. McKinney, S. A., Murphy, C. S., Hazelwood, K. L., Davidson, M. W., Looger, L. L. A bright and photostable photoconvertible fluorescent protein. Nat. Methods. 6, 131-133 (2009).
  10. Fu, G., et al. In-vivo FtsZ-ring structure revealed by Photoactivated Localization Microisocpy (PALM). Plos One. (2010).
  11. Huecas, S., et al. Energetics and geometry of FtsZ polymers: nucleated self-assembly of single protofilaments. Biophys. J. (2007).
  12. Ma, X., Ehrhardt, D. W., Margolin, W. Colocalization of cell division proteins FtsZ and FtsA to cytoskeletal structures in living Escherichia coli cells by using green fluorescent protein. Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 93, 12998-13003 (1996).
  13. Dai, K., Lutkenhaus, J. The proper ratio of FtsZ to FtsA is required for cell division to occur in Escherichia coli. J. Bacteriol. 174, 6145-6151 (1992).
  14. Annibale, P., Vanni, S., Scarselli, M., Rothlisberger, U., Radenovic, A. Identification of clustering artifacts in photoactivated localization microscopy. Nat. Meth. 8, 527-528 (2011).
  15. Huang, B., Wang, W., Bates, M., Zhuang, X. Three-dimensional super-resolution imaging by stochastic optical reconstruction microscopy. Science. 319, 810-813 (2008).

Comments

0 Comments


    Post a Question / Comment / Request

    You must be signed in to post a comment. Please or create an account.

    Video Stats