Bu protokol, Fibrin pıhtıları kullanılarak numune hareketsizleştirme uygulamalarını açıklar, sürüklenmeyi sınırlar ve canlı görüntüleme sırasında reaktiflerin eklenmesine ve yıkanmasına izin verir. Örnekler, bir kapak parçasının yüzeyinde kültür ortamı içeren bir fibrinojen damlasına aktarılır, daha sonra trombin eklenerek polimerizasyon indüklenir.
Drosophila, çok çeşitli biyolojik soruları incelemek için önemli bir model sistemidir. Sineğin farklı gelişim evrelerinden gelen imaginal diskler, yetişkin dişilerin larva beyni veya yumurta odaları veya yetişkin bağırsağı gibi çeşitli organ ve dokular çıkarılabilir ve zaman atlamalı mikroskopi ile görüntüleme için kültürde tutulabilir, bu da hücre ve gelişim biyolojisi hakkında değerli içgörüler sağlar. Burada, Drosophila larva beyinlerinin diseksiyonu için mevcut protokolümüzü ayrıntılı olarak açıklıyoruz ve daha sonra Fibrin pıhtılarını kullanarak larva beyinlerini ve diğer dokuları bir cam örtü üzerinde hareketsizleştirmek ve yönlendirmek için mevcut yaklaşımımızı sunuyoruz. Bu hareketsizleştirme yöntemi sadece Fibrinojen ve Trombin’in kültür ortamına eklenmesini gerektirir. Aynı kültür çanağındaki birden fazla numunenin ters mikroskoplarında yüksek çözünürlüklü zaman atlamalı görüntüleme için uygundur, çok noktalı ziyaret mikroskopisinde mikroskop aşamasının hareketlerinden kaynaklanan yanal sürüklenmeyi en aza indirir ve görüntüleme sırasında reaktiflerin eklenmesini ve çıkarılmasını sağlar. Ayrıca, sürüklenmeyi düzeltmek ve zaman atlamalı analizden belirli nicel bilgileri ayıklamak ve işlemek için rutin olarak kullandığımız özel yapım makrolar sunuyoruz.
Drosophila, çok çeşitli biyolojik soruları incelemek için önemli bir model sistemi olmaya devam ediyor ve onlarca yıldır birçok disiplinde bilginin ilerletilmesinde başarılı oldu. Özellikle öne çıkmasını sağlayan bir özellik, özellikle canlı görüntüleme için çok uygun olmasıdır. Hücre altı süreçleri veya hücre ve dokuların davranışlarını gerçek zamanlı olarak izleme yeteneği, hücre ve gelişim biyolojisi ile ilgili temel kavramların üretilmesine katkıda bulunmaya devam eder. Bu tür Drosophila örneklerini canlı ve sağlıklı tutmak için farklı gruplar tarafından birçok başarılı protokol geliştirilmiştir. Hayal diskleri 1 ,2, larva beyni3,4,5,6veya yetişkin dişilerin yumurta odaları 7 ,8,9veya yetişkin bağırsak10 gibi sinekten organlar ve dokular çıkarılabilir ve zaman atlamalı mikroskopi ile görüntüleme için kültürde tutulabilir. Canlı görüntüleme için önemli bir zorluk, numunenin mekanik darbelere duyarlı olabilecek numune bütünlüğünden ödün vermeden optimum çözünürlük ve hareketsizlik için görüntüleme yüzeyine yakın tutulmasını sağlamaktır. Drosophila larva beynindeki nöroblastlar veya nöronlar olarak adlandırılan nöral kök hücreleri incelemek için, örneğin, örneklerin görüntüleme yüzeyine yakın tutulması, mühürlü görüntüleme odalarında kültür ortamı ile kaplanarak elde edilebilir11,12,13. Bununla birlikte, bu yaklaşım medya değişimine kolayca izin vermez, böylece manevra için deneysel alanı sınırlar. Alternatif olarak, numuneler hazırlanabilir ve hücrelerin yapışıklıklarını artırmak ve açık kültür yemeklerinde çok noktalı ziyaret mikroskopisine ve genişletilmiş canlı hücre görüntülemesine izin vermek için tedavi edilen kapaklara yerlenebilir, potansiyel olarak medya değişimine izin verir, ancak medya değişimi sırasında örnek sürüklenmesini veya kaybını önlemek için kolay araçlar sağlamaz14,15.
Fibrin pıhtı yöntemi başlangıçta canlı vinç-sinek spermatositleri16 meiosis incelemek için geliştirilmiştir bu sorunların üstesinden gelmek için özel olarak uygundur. Fibrinojen ilgili kültür ortamında çözülür, Thrombin eklenmeden önce bu çözeltinin bir damlasına yerleştirilen ve yönlendirilen numuneler, çözünmeyen bir Fibrin pıhtısının, cam yüzeye yapışan yapışkan lifli bir ağın ve numunelerin kültür ortamına erişimini sağlarken hızlı bir şekilde oluşmasına neden olur. Ortam daha sonra pıhtı veya numune pozisyonuna zarar vermeden değiştirilebilir. Görüntüleme sırasında kültür ortamı değişimi, örneğin, inhibitörlerin orijinal yöntemde olduğu gibi eklenmesi veya yıkama veya nabız kovalama deneyleri için veya hücreleri ve dokuları yerinde tutarken canlı hücre görüntüleme sırasında floresan boyaların eklenmesi gerektiğinde arzu edilir. Fibrin pıhtıları Drosophila dokularının yanı sıra bireysel hücrelerin görüntülenmesi için uygundur13,17. Fibrin pıhtıları, şekilleri veya diğer özellikleri nedeniyle normalde Fibrin pıhtısı içindeki örnek konumunu ve pıhtının şeklini modüle ederek istenen şekilde yönlendirilmeyecek olan örnekleri yönlendirmeye yardımcı olmak için daha fazla kullanılabilir.
Burada mevcut Fibrin pıhtı bazlı görüntüleme yöntemlerimiz hakkında bir güncelleme sunuyoruz ve segmentasyon tabanlı görüntü analizi için araçlar sağlıyoruz ve gelişmekte olan sinek beynindeki nöroblast bölünmelerini incelemek için bu yöntemin kullanımına odaklanıyoruz. Aynı kültür çanağındaki farklı pıhtılarda birden fazla örneği takip etmek için rutin olarak Fibrin pıhtı yöntemini kullanıyoruz. Bu, i) merkezkant davranış veya mRNA lokalizasyonu canlı18,19gibi hücre altı olayların görüntülenmesini sağlar, ii) çok noktalı ziyaret kullanarak aynı görüntüleme ayarları altında farklı genotiplerin farmakolojik tedavisi üzerine örneklerin davranışını izlemek mikroskopi20, iii) enzimlerin akut inhibisyonunun etkilerinin incelenmesi21 ve iv) hedeflenen lazer-ablasyon üzerine hücrelerin fizyolojik ortamlarındaki hücre bölünmesinin yöneliminde meydana gelen değişiklikleri incelemek için sürüklenmeyi en aza indirmek22. Trombin ve Fibrinojen ve Fibrin pıhtısının istenmeyen etkilerinin her örnek için ampirik olarak test edilmesi gerekirken, Bu yöntem prensip olarak canlı hücre görüntüleme ile analiz edilecek her türlü örneği hareketsiz hale getirmek için uygundur ve Drosophila’da nöroblast biyolojisinin5,19,2’ninbirden fazla yönünü incelemek için başarıyla kullanılmıştır. 0 , aynı zamanda kadın mikrop hattı kök hücrelerinin sitosensör projeksiyonlarının dinamikleri23 ve Drosophila dişi yumurta odalarının folikül hücrelerinin akut aPKC inhibisyonu üzerine polaritedeki değişiklikler21.
Zaman atlamalı floresan görüntüleme, bu nicel bilgileri ayıklamak için yöntemler gerektiren karmaşık zaman çözümlenmiş 3D veri kümelerinin üretilmesiyle sonuçlanır. Burada, Drosophila larva beyinlerinin nöroblastlarında veya birincil hücre kültüründeki bireysel nöroblastlarda kortikal proteinleri ölçmek için geliştirilen hücre korteksinde çok kanallı floresanların yarı otomatik olarak ölçülmesine izin veren hiperstacks ve özel yapım ImageJ makrolarında sürüklenmeyi düzeltmek için kullanılabilecek ImageJ tabanlı24 makronun daha da geliştirilmesini açıklıyoruz.
Tüm D. melanogaster larva beyinlerinin canlı görüntülenmesi, fizyolojik bir bağlama yakın koşullarda asimetrik nöral kök hücre bölünmelerini gözlemleme fırsatı sağlar. Protokolümüzün ilk bölümü larva beyinlerinin diseksiyonu konusundaki yaklaşımımızı tanıtıyor. Daha önce belirtildiği gibi13Hazırlığın kritik bir yönü beyne zarar vermekten kaçınmaktır. Bunun en zorlu yanı, beyni aşırı çekmeden komşu hayal disklerinden ayırmaktır. “Çekmeden kesmeye” yaklaşımımız, bir çift tokanın uçlarıyla bir taşlama hareketi yapmak veya dokular arasındaki bağlantıyı tutan diğer ikips ucu boyunca bir tokmak ucu kaydırmaktır (Şekil 1A) oysa Lerit ve ark. bir diseksiyon pimi ile testere benzeri hareketleri tanımlar. Deneyciye tüm yaklaşımları denemesini ve kendileri için en uygun olanı benimsemesini tavsiye ediyoruz. Ayrıca izole edilmiş beyinleri aktarmak için diseksiyon araçları yerine BSA veya FCS kaplı pipet uçları kullanmanızı öneririz. Kaplama, dokuların plastiğe yapışmasını önler ve dokuların güvenli bir şekilde aktarılmasını sağlarken, aktarım sırasında diseksiyon aracına yapıştıkları için olası bir geçici deformasyona maruz bırakmadan her zaman tamamen daldırmalarını sağlar. Kaplanmış uçlar, aynı anda birkaç beynin transferine izin vermek için başka avantajlara sahiptir, bu da örneklerin belirli bir ortamdaki ikamet süresini kontrol etmek için kritik olduğunda özellikle yararlıdır; diğer dokuların, hatta kırılgan olanların, örneğin yağ kütlelerinin transferi için uygundurlar; daha büyük uçlar kullanarak veya ucun ekstremitesini keserek çok çeşitli farklı numune boyutlarına uyum sağlayabilirler.
Daha sonra, bu protokol, bir kültür yemeğinin kapaklarında larva beyinlerini hareketsiz hale getirmek için Fibrinojen pıhtılaşmasının kullanımını açıklar. Bir beyin bir damla kültür ortamı + Fibrinojen içinde yönlendirilir, daha sonra Trombin ilavesi ile pıhtılaşma indüklendi. Fibrin oluşumu kademelidir ve gerekirse numunenin yönünün ince ayarlanabileceği bir zaman aralığı sağlar (Şekil 2C). Örneğin hafif bir sıkıştırması gerekiyorsa – larva beyinleri durumunda karşı tavsiye ettiğimiz – ayrıca 3.4.4 ve 3.5.2 adımları sırasında pıhtıya az çok numuneye yakın bastırılarak ince bir şekilde ayarlanabilir. Bu Fibrinojen pıhtılaşmasının, beyinlerin gaz geçirgen bir zar ve bir kapak kılıfı arasına monte edildiği Lerit ve ark.’da açıklanan protokole göre pıhtılaşmasının ana avantajı, canlı görüntüleme sırasında kültür ortamını değiştirme yeteneğidir. Protokolümüz üzerinde gaz geçirgen bir membran kullanmanın olası bir avantajı, beyinler pıhtı ve bazı ortamlar tarafından havadan ayrıldığı için yaklaşımımızla daha sınırlı olabilecek numunelerin optimal bir oksijenlenmesini sağlaması olabilir. Bu nedenle, kültür çanağı içindeki kültür ortamı miktarının etkisini değerlendirmemiş olsak da, pıhtıları tamamen daldırırken pıhtıların üstündeki kültür ortamı miktarını sınırlamayı öneriyoruz.
Pıhtıların manipülasyonu deneysel olarak zor ve zaman alıcı olabileceğinden, deneycinin ilk olarak pıhtıları örneksiz manipüle etmeyi uygulamasını öneririz. Kapakta kültür ortamı + Fibrinojen damlasının hacminin modüle edilmesi, Fibrinojen konsantrasyonu veya Trombin hacmi ve konsantrasyonu, hazırlığı kolaylaştırmaya yardımcı olabilir ve protokolü diğer doku türlerine uyarlarken önemli olabilir. Pıhtıları manipüle etme konusunda yeterli deneyime sahip olan birkaç beyin, gerekirse bir pıhtıda hareketsiz hale getirilebilir, ancak oryantasyonun ince ayarını zorlaştırır. Kapakta birkaç pıhtı oluşabilir, örneğin farklı genotiplerin görüntü örneklerine izin verir. Aynı kapak üzerindeki farklı pıhtıları farklı kültür ortamlarına maruz bırakmak da mümkündür, ancak farklı pıhtıları kaplayan kültür ortamı damlalarını asla karıştırmamaya özen gösterilmelidir. Larva beyinleri hareketsiz hale geldikten ve canlı görüntülemeye hazır hale geldikten sonra, aşırı fotodamajdan kaçınmak içinLerit ve ark. Bu önerilere sadece bir sahne inkübatörü ile canlı görüntüleme sırasında beyinleri 25 °C’de tutmak için değil, aynı zamanda görüntüleme başlamadan önce bu aşamayı en az 30 dakika önceden ısıtmak için de ekliyoruz. Elimizde, bunu sistematik olarak yapmamak güçlü bir odak kaymasına neden olur.
İlişkili mikroskopi yapabilmek ve canlı görüntülemeden sonra bir örneği düzeltebilmek ve immün yetisini düzeltmek bazı bağlamlarda avantajlı olabilir. Bununla birlikte, Fibrin pıhtılarını kullanmanın bir sınırlaması, bir beyni zarar vermeden bir pıhtıdan mekanik olarak izole etmenin neredeyse imkansız olmasıdır. Bu sınırlamayı aşmanın olası bir yolu, Plasmin ile Fibrin pıhtılarını bozmak veya Fibrin polimerizasyonuna izin vermek için düğmeleri taklit eden bir peptit eklenerek pıhtı sökülmesine neden olacak yöntemler geliştirmek olabilir28. Fibrin pıhtılarını tipik olarak tek hücreden 200 μM uzun dokuya kadar değişen örneklerde kullanırız, ancak 3 mm genişliğindeki yetişkin bombus arılarından pıhtılarda ve görüntü beyinlerinde de başarılı bir şekilde hareketsiz hale gelebiliriz. Pıhtılarda hareketsiz hale getirilebilen numune boyutunun üst sınırı belirlenmeye devam etmektedir. Benzer şekilde, genellikle hareketsiz örnekleri 4 ila 5 saat boyunca görüntülesek de, nöroblastları birincil kültürde 3 güne kadar başarıyla görüntüledik, bu da pıhtının en azından daha uzun süreli canlılığa engel olmadığını gösteriyor. Aksine, pıhtılar, bu amaç için peristaltik pompalar gibi cihazlara ihtiyaç duymadan, daha uzun süreli görüntüleme için bir gereklilik olan ortamın düzenli olarak değiştirilmesini kolaylaştırabilir. Fibrin pıhtılarının geçirgenlik parametrelerini ölçmemiş olsak da, pıhtıların lifli jel benzeri doğası hücre geçirgen molekülleri tarafından penetrable gibi görünmektedir. Latrunculin A, Colcemid veya 1-NAPP1, HALO etiketli ligandların ve hücre biyolojisinde kullanılan diğer standart boyaların fibrin pıhtısındaki hücrelere sorunsuz bir şekilde ulaştığını ve şimdiye kadar pıhtı tarafından tutulacak moleküllerle karşılaşmadığını, bunun da ampirik olarak test edilmesi gereken bir olasılık olduğunu bulduk.
Sonuç olarak, Fibrin pıhtılarının kullanılması, canlı görüntüleme için canlı dokuları hareketsiz hale getirmek için güvenilir ve nispeten kolay bir uygulama yolu sağlar. Yanal sürüklenmeyi sınırlamadaki kullanışlılığının ötesinde, canlı görüntüleme sırasında kültür ortamını değiştirme yeteneği, D. melanogaster nöroblastlarının asimetrik hücre bölümünü incelemeye yönelik kimyasal genetik yaklaşımımız için paha biçilmez olduğunu kanıtlamıştır21. Bu tekniğin, özellikle kimyasal genetik veya örneğin protein kendi kendini etiketleme29içeriyorsa, çok çeşitli farklı dokulardaki çalışmalara faydalı olacağını öngörüyoruz.
MultiHyperStackReg makromuz, ardışık çerçeveleri veya yığın dilimlerini hizalayan TurboReg ImageJ eklentisine ve dönüşümleri diğer yığınlara uygulamaya izin veren MultiStackReg ImageJ eklentisine dayanır. MultiHyperStackReg, bu dönüşümleri hipertacklara (en az dört boyutlu yığınlar) uygulamak için izin verir. MultiHyperStackReg kullanımı, açıkladığımız gibi, çok fazla eylem gerektirir ve oldukça zaman alabilir, ayrıca 6.2 ve 6.3 adımlarında açıklanan tüm adımları otomatik olarak gerçekleştiren AutoHyperStackReg makrosunu yazdık. Ancak, MultiHyperStackReg aksine, AutoHyperStackReg şu anda bu yığının bir alt bölgeye dayalı bir yığının hizalamasını hesaplama imkanından yoksundur, bulduğumuz bir seçenek bazen tatmin edici bir hizalama için çok önemlidir. AutoHyperStackReg’in başka bir sınırlaması, kullanımının TurboReg ve MultiStackReg tarafından önerilen diğer dönüşümlerle değil, çevirilerle sınırlı olmasıdır, oysa MultiHyperStackReg, kullanıcının ihtiyaç duyması durumunda herhangi bir dönüştürme türüne bir hiperstack için geçerli olabilir. Gelecekteki sürümler bu işlevleri uygulayacak ve GitHub30. Son olarak, dönen linescan makromuz, korteks zaman içinde konumunu veya yönünü değiştirse bile, kortikal sinyalleri zaman atlamalarında hızlı bir şekilde ölçmenin kolay bir yolunu sağlar. İzleme modunun veya takip etmeme modunun analiz için en uygun olup olmadığı kortikal sinyalin kalitesine ve tutarlılığına bağlıdır. Kullanıcının her zaman noktası için korteksin nerede olacağını düşünmesi gerekmediğinden ve zaman içinde büyük konum ve yönelim değişikliklerine uyum sağlayabildiğinden, izleme modunun kullanımı daha kolaydır. Bununla birlikte, kortikal sinyal tüm film boyunca algılama için yeterince güçlü kalırsa uygundur: korteksten başka bir şeyin algılanmaması (örneğin, kortekse yakın parlak bir sitoplazmik bölme) aşağıdaki her zaman noktası için algılamayı tehlikeye atabilir (örneğin, sitoplazmik bölme korteksten uzaklaşır ve kortikal çizgiler onu geri kalan süre boyunca takip edebilir). Algılama, kullanıcı tarafından başlangıçta çizilen çizgiyle sınırlı olduğundan (örneğin, parlak bir sitoplazmik bölme algılamanın birkaç zaman noktası için başarısız olmasına neden olabilir, ancak sitoplazmik bölme algılama bölgesinden uzaklaştıkça, korteksin doğru tespiti devam ederse) bu tuzak yoktur, ancak korteks konumu veya oryantasyonu zaman içinde çok değişirse iyi davranmaz. İzleme modu için geliştirilecek bir sonraki özellik (GitHub30’damevcut olacak), yalnızca belirtilen zaman noktalarını analiz etme ve algılamanın gerçekleştirileceği ve daha sonra kullanıcının en azından sorunlu zaman noktalarından kaçınmasını sağlayacak bir referans zaman noktası (ilk zaman noktası yerine) tanımlama seçeneği olacaktır.
The authors have nothing to disclose.
Januschke laboratuvarındaki çalışmalar Wellcome trust grants 100031/Z/12/A ve 1000032/Z/12/A tarafından desteklenmektedir. Doku görüntüleme tesisi Wellcome’dan WT101468 hibesi ile desteklenmektedir.
Albumin bovine serum, BSA | Merck | 5470 | |
D-(+)-Glucose | Sigma | G7021 | |
Dimethyl sulfoxide | Sigma | D2650 | |
Dumont #55 Forceps | Fine Science Tools | 11255-20 | |
Fetal Bovie Serum, suitable for cell culture | Sigma | F7524 | |
Fibrinogen from human plasma | Sigma | F3879 | |
FluoroDish Cell Culture Dish – 35mm, 23 mm well | World Precision Instruments | FD35-100 | |
PP1 Analog (1NA-PP1) | Merck Millipore | 529579 | |
Pyrex spot plate with nine depressions | Sigma | CLS722085-18EA | |
Schneider's Insect Medium | Sigma | S0146 | |
Thrombin from bovine plasma | Merck | T4648 |