ここでは、2色STEDナノスによってガラス上で要約NK細胞の細胞傷害性免疫シナプスを撮像するためのプロトコルを示す。この方法を用いて、我々は、サブ100nmシナプスタンパク質の分解能と細胞骨格を得た。
ナチュラルキラー細胞は、ウイルス感染や腫瘍形成性細胞を溶解するために厳密に調節、細かく調整された免疫学的シナプス(IS)を形成する。動的なアクチンの再編成がNK細胞の機能と、ISの形成に重要である。シナプスにおけるF-アクチンのイメージングは、伝統しかしながら、光の回折限界は、約200nmで、共焦点含む、蛍光顕微鏡の解像度を制限する、共焦点顕微鏡を利用している。イメージング技術の最近の進歩により、subdiffraction限定された超解像イメージングの開発を可能にした。 ISにおけるF-アクチンのアーキテクチャを可視化するために、我々は、ガラス上の受容体を活性化するNK細胞を接着することによってNK細胞の細胞傷害性シナプスを再現。私たちは、2つの色の誘導放出の枯渇顕微鏡(STED)を使用して、関心のある画像タンパク質。これは、シナプスで<80 nmの分解能をもたらす。本明細書で我々は、試料調製及びデュアル欄を使用して画像の取得の手順を説明しまたはNKのF-アクチンを可視化するSTEDナノスです。また、ライカSP8ソフトウェア、タイム·ゲートSTEDを使用してサンプル取得の最適化を示している。最後に、我々は、画像の後処理用のホイヘンスデコンボリューションソフトウェアを利用する。
免疫学的シナプスは、タンパク質と細胞骨格要素シグナリングの複雑な環境である。細胞溶解性シナプスは、もともと中央分泌ドメイン1-4を取り巻くアクチンとの接着分子の環を有する構造のような「ブルズアイ」を有すると記述されていた。しかし、我々は今、関数5月11日のための継続的な動的な細胞骨格の再編成を必要とするアクティブなシグナリングの微視的なドメインで構成されていることを知っている。シナプスについて私たちが今持っている情報の多くは、顕微鏡観察に由来しており、免疫学者は、最先端のイメージング技術の早期導入している。
一、このような新規技術が超解像顕微鏡法である。従来の光学顕微鏡は、空間的に約200 nmで、共焦点含め、すべての蛍光顕微鏡の解像度の下限値を設定すると、光の回折限界によって制限される。近年、いくつかの技術が発達されている回折障壁以下の解像度を可能にするD。これらは、刺激放出の枯渇顕微鏡(STED)、構造化照明顕微鏡(SIM)、確率的に解決顕微鏡(STORM)、及び光活性化光顕微鏡(PALM)が挙げられる。これらの技術は、他の場所で詳細に12から15日されているが、以下のとおりです。 Subdiffraction限られた解像度は、各システム内でユニークな方法で生成されます。超解像技術の選択は、従って、関心対象の実験と実験系によって決定されるべきである。
STED超解像度が制限されたsubdiffraction蛍光顕微鏡16-18その結果、励起後の関心のある各フルオロフォアの周りに選択的に「沈黙」蛍光、高輝度トロイダル枯渇ビームを用いて達成される。 STEDの一つの利点は、画像取得が迅速であり、比較的少ない事後処理を必要とすることである。染料の選択は、仕様で規定されている間市販されているシステムでは592 nmで位置して枯渇ビームの最大スペクトル位置は、いくつかの市販の染料は2蛍光体の組み合わせを可能にすることが可能です。また、このようなGFPのような一般的に使用される蛍光レポーターは19,20生細胞の実験を可能にし、画像化することができる。
我々は以前に、脱顆粒21,22のためのNK細胞によって利用されるF-アクチンhypodensityの領域を同定し、定量化するSTEDを使用している。私たちは、STEDがフルオロフォアの比較的柔軟な可用性とXY軸の分解能に優れた改善のために免疫シナプスを画像化するための良い選択であることを提案する。また、これらの実験のために利用市販のSTEDシステムでは、高速(12,000 Hz)の共鳴スキャナの使用は、サンプルへの最小の損傷を有する画像の迅速な獲得を可能にする。染料の選択の限られた柔軟性は、STED 12の欠点と考えられているしかしデュアルカラーSTEDは、いくつかの市販の蛍光プローブは比較的簡単です。 STED 2つのチャネルに制限されている間、追加の構造は、約200nm(E.メイス、未発表の観察の分解能で共焦点で撮像することができるので、レーザ走査共焦点顕微鏡とSTEDの統合はまた、STEDと組み合わせて、付加的な共焦点イメージングを可能にする)。我々は、免疫細胞を画像化するためのSTEDの使用を記載しているが、この技術は、神経細胞を含む、種々の細胞型に適用され、セル構造23-26の様々な可視化する。
SIMはsubdiffraction制限画像を生成するために異なるアプローチを使用しています。既知の周期的な励起パターンを可視化することによって、情報は、数学的変換27以下研究されて未知の構造についての情報を得ることができる。これは、横方向に28,29〜100 nmの分解能の増加をもたらす。 SIMの利点は、それは私sのすべての標準的な共焦点染料およびプローブと互換性が、しかしながら欠点は、画像を取得することが非常に遅いと、これらは長い後処理12を必要とすることである。これも、生細胞イメージングのためのその使用を制限する。
最後に、超解像は、フルオロフォアの確率論的な光スイッチングによって生成することができる。このアプローチは、光活性化ローカライゼーション顕微鏡(PALM)と確率的光学再構築顕微鏡(STORM)で利用されている。複数のカメラのフレームを走査し、経時的におよび「オフ」「オン」にされ、ランダムに活性化された分子を局在化することにより、20〜30 nmの解像度を有する画像が蓄積されたフレーム30-32から生成される。この解決のためのトレードオフは、画像を取得するのに必要な時間である。
ここでは、詳細には、STEDデュアルカラーサンプルを調製し、画像化するためのプロトコルを示す。このシステムでは、励起は、パルス、調整可能な白色光レーザである。性質上パルス状の励起ビームを、検出の時間ゲーティングは可能であり、さらに増加する分解能行われる。加えて、システムは、このように低いレーザーパワー要件を可能にする、ガドリニウムハイブリッド従来の光電子増倍管よりも敏感である(HYD)検出器を備えている。 STED用枯渇ビームが連続的に印加されると2つの色STEDに利用可能な染料の選択を決定することになる592 nmのに同調される。一般的に使用される染料の組み合わせは、一般に、(このようなアレクサフルーア488、オレゴングリーン、緑DyLights、またはChromeoの488など)を488nmによって励起1と(例えば太平洋オレンジやホライゾンV500など)458ナノメートルによって励起1が含まれています。つの色素の検出が同様の範囲であろう(そして、両方が空乏レーザによってアクセス可能である)ものの、その励起は、異なる波長で起こる。調整可能な白色光レーザーと波長可変検出器を、スペクトルの重複を排除し、信号を最大化することが非常に簡単になります。このように、我々は、コンビナートとの良好な成功を収めているこのような太平洋のオレンジと(ここで使用)のAlexa®488などの市販の染料のイオンが、。我々のプロトコルは、の方に合わせた、それは我々の研究室の歴史的な焦点を表わすようなヒトNK細胞の評価について述べるれている。それは我々が定期的に実験的な作品21,33に適用されている1つである私たちは、特にこの例では、NK92細胞株を利用している。
共焦点超える解像度の向上が制御できない要因に多少依存するであろう。これらの要因は、カバーガラスの厚さと封入剤に不整合の軽微な収差が含まれています。それは、可能な限り一貫として撮影室の温度と湿度を保つことが重要であり、STEDビームは約60分毎に再調整する必要があります。手順で説明したように、これはSTEDと互換性がありませんように、VECTASHIELD封入剤の使用は、避けなければならない。に加えて、1は常に#1.5カバーガラスを使用する必要があり、利用可能な場合には、特定の厚さまで確認されているものを使用しています。
ここで説明するアプローチの一つの変更は、STEDビームよりも長い波長で発光する蛍光プローブを使用して、共焦点画像追加のチャネルです。このように、4つのチャンネル(共焦点における2、STED中2)までの1缶のイメージ。このアプローチを取っている場合は、しかし、フルオロフォアのチャネルは、ESTEDビームのアプリケーションはこれらのチャネルでの光子を枯渇されるように、STED欠乏レーザー上記mittingは、最初に画像化される必要があります。この技術の一つの利点はまた、短い寿命を有する光子34からの発光を排除することによって、共焦点における分解能を向上させるであろう、時間ゲートの適用である。それに近い撮影する場合に特に、タイム·ゲーティング、パルス励起STEDに対応するように、発光検出器のタイミングを使用すると、反射オフカバーガラスガラスからバックグラウンド蛍光を減少します。でも、STEDには適していない実験では、パルス励起源を使用している場合、タイム·ゲーティングは、共焦点で解像度を改善するのに有用なツールとなります。
STEDの解像度を向上させるために利用され得る種々の変形がある。誰もこの、サンプル達する光量を減らすますが、standard 1エアリーユニットからピンホールサイズを小さくです。これは、スを増加させることによって補償することができるERパワーまたはゲイン。別の解像度を向上させる、各光子のために収集された情報の量を増加させるであろう、ライン平均を増加させることである。再度、しかしながら、これは試料の退色を犠牲にしてもよいので、バランスが解像度と漂白との間に打たれる必要がある。同様に、GFPなどの蛍光タンパク質の使用は、漂白を避けるために、慎重な最適化が必要になります。これにより、必要に応じてSTEDレーザパワーを減少させることによって達成することができる。長い時間点も大きな光子の回復を可能にし、漂白を減らすことができます。光退色の補正は、ライブSTEDを分析する際に考慮されるべきである。
もちろん、STEDにおける3次元の画像化も可能であり、また、従来の共焦点イメージングを超える改善を与える。ケアは、z軸に複数の平面を画像化中に生じるドリフトを補正するために取られるべきであるが、これは、それがデコンボリューションと組み合わせて行われる場合は特にそうである。もしホイヘンスソフトウェアを使用してデコンボリューションするには、この補正は、「画像を安定させる」機能を使用して得られる。このアプローチを使用して、z軸の分解能は向上する。これはまた、比較的乏しいz軸の解像度を有する乏しい距離分解能を有し、さらに上だけでそれ自体をSTED従来の共焦点イメージング、上大きな改善である。 STED内の複数のスタックを取得しながら、ケアは、試料の退色を避けるために注意する必要があり、必要に応じて、一方がそうするために、ライン平均又はレーザーパワー強度を低減することができる。ここでも、STEDには適していない他のフルオロフォアを撮像する場合には、第1の連続走査における空乏層ビームの適用はこれらのチャネルからの発光を妨げることに留意すべきである。したがって、(592 nmより長い波長で発光するチャンネル共焦点スキャンを使用して)混合STED /共焦点アプローチは、残念ながら、3Dには適していないでしょう。
要約すると、我々は、アプリの相対的な容易さのアプローチとしてSTEDを選んだ標準共焦点イメージング以上の解像度でのい致し改善。免疫シナプスを画像化するための、それは私たちが200nm以上の解像度では不可能で、F-アクチンのアーキテクチャの詳細を確認することができ、効果的かつ貴重な技術を証明しています。これらの詳細の多くは微妙なように見えるが、それらはNK細胞の機能に大きな影響を有することができる。したがって、我々は、ヒトの健康を維持するために重要である情報を導出し、最新のナノスコピックイメージング技術を適用している。
The authors have nothing to disclose.
我々は技術支援のためのジェフ·ダニエルズに感謝します。この作品は、JSOにR01 AI067946によって資金を供給された
#1.5 cover slips | VWR | 48393-172 | |
BD Cytofix/Cytoperm | BD Biosciences | 554722 | |
Bovine serum albumin | Sigma | A2153 | |
Cotton tipped applicator | Fisher Scientific | S450941 | |
Falcon centrifuge tubes (50 ml) | VWR | 352070 | |
Fetal calf serum (FCS) (500 mL) | Atlantic Biologicals | S11050 | |
Goat anti-rabbit Pacific Orange | Life Technologies | P31584 | |
Laboratory tissue wipers | VWR | 82003-820 | |
Nail polish | VWR | 100491-940 | |
NK-92 cells | ATCC | CRL-2407 | |
Phalloidin Alexa Fluor 488 | Life Technologies | A12379 | |
Phosphate buffered saline | Life Technologies | 14190250 | |
Prolong anti-fade reagent | Life Technologies | P7481 | |
Purified anti-CD18 | Biolegend | 301202 | |
Purified anti-NKp30 | Biolegend | 325202 | |
Purified anti-perforin | Biolegend | 308102 | |
RPMI 1640 medium (500 mL) | Life Technologies | 11875-093 | |
Saponin from Quillaja bark | Sigma | S4521 | |
Super PAP pen | Life Technologies | 008899 | |
Triton X-100 | Electron Microscopy Sciences | 22142 | |
Material Name | Company | Catalogue Number | Comments (optional) |
Huygens deconvolution software | SVI | Contact company | |
Leica SP8 TCS STED microscope | Leica Microsystems | Contact company |