Hier presenteren we live-celbeeldvorming die een niet-toxische microscopie methode is die onderzoekers in staat stelt om eiwit gedrag en nucleaire dynamiek in levende splijting gistcellen te bestuderen tijdens mitose en meiosis.
Live-Cell Imaging is een microscopie techniek die wordt gebruikt om cel-en eiwit dynamica in levende cellen te onderzoeken. Deze beeldvormings methode is niet giftig, heeft over het algemeen geen invloed op de celfysiologie en vereist een minimale experimentele behandeling. De lage niveaus van technische interferentie stellen onderzoekers in staat om cellen te bestuderen over meerdere cycli van mitose en om de meiose van begin tot eind te observeren. Met behulp van fluorescerende Tags zoals groene fluorescerende eiwitten (GFP) en rood fluorescerende proteïne (RFP), kunnen onderzoekers verschillende factoren analyseren waarvan de functies belangrijk zijn voor processen zoals transcriptie, DNA-replicatie, cohesie en segregatie. In combinatie met data-analyse met behulp van Fiji (een gratis, geoptimaliseerde ImageJ-versie), biedt Live-Cell Imaging verschillende manieren om de eiwit beweging, lokalisatie, stabiliteit en timing te beoordelen, evenals nucleaire dynamiek en chromosoomsegregatie. Echter, zoals het geval is met andere microscopie methoden, wordt Live-celbeeldvorming beperkt door de intrinsieke eigenschappen van licht, die een limiet stellen aan het afwikkelings vermogen bij hoge vergroingen, en ook gevoelig zijn voor fotobleaching of fototoxiciteit bij hoge golflengte Frequenties. Met enige zorg kunnen onderzoekers deze fysieke beperkingen echter omzeilen door zorgvuldig de juiste omstandigheden, stammen en fluorescerende markers te kiezen om de juiste visualisatie van mitotische en Meiotische gebeurtenissen mogelijk te maken.
Met Live-cel microscopie kunnen onderzoekers de nucleaire dynamiek onderzoeken zonder de gistcellen van splijting te doden en zijn er geen dodelijke fixeermiddelen en vlekken meer nodig. Het is mogelijk om de stabiliteit, beweging, lokalisatie en timing van fluorescently gelabelde eiwitten te observeren die betrokken zijn bij belangrijke gebeurtenissen zoals chromosoom replicatie, recombinatie en segregatie, naast het membraan en cytoskelet Bewegingen. Door het behoud van de levensvatbaarheid van de cel en niet-toxisch signaaldetectie, er is minimale fysiologische inbraak. Wanneer het goed wordt uitgevoerd, kan deze microscopie methode verstorende effecten die voortvloeien uit de uitgebreide technische behandeling of van valse chemische reactiviteit verminderen. Bovendien, tijdens een experiment, onderzoekers kunnen relevante waarnemingen van splijting gist voedings-en stress toestanden, proliferatieve efficiëntie, en apoptotic status die duiden op ongepaste imaging parameters of abnormale cel fysiologie maken1 ,2,3.
Mitose en meiose worden gekenmerkt door nucleaire en cellulaire divisie. In de meiose, in tegenstelling tot de mitose, wordt het genetische gehalte gehalveerd, aangezien de moeder cellen leiden tot dochtercellen4. Omdat Live-celbeeldvorming een temporele dimensie biedt naast de ruimtelijke relatie, kunnen grote aantallen cellen in real-time worden bekeken. Live-Cell microscopie heeft onderzoekers in staat om de dynamiek van nucleaire divisie te onderzoeken met behulp van fluorescerende Tags voor histonen5, cohesin subeenheden6, microtubuli7, centromeren8, kinetochoren9, componenten van de spil paal Body (SPB)10, en die van het chromosoom passagiers complex (CPC)11. Buiten het chromosoom scheidings apparaat heeft Live-celbeeldvorming ook het gedrag van eiwitten nodig, maar niet direct betrokken bij chromosoomsegregatie. De functie van deze eiwitten is aangetoond dat het invloed heeft op replicatie, chromosoom recombinatie, nucleaire beweging en chromosoom gehechtheid aan microtubuli12,13,14. Deze waarnemingen hebben bijgedragen tot een beter begrip van cellulaire gebeurtenissen waarvan de functionele componenten niet vatbaar waren voor biochemisch of genetisch onderzoek. Met nieuwe vooruitgang in microscopie-technologie zullen beperkingen zoals slechte resolutie, foto bleken, fototoxiciteit en focus stabiliteit afnemen, waardoor betere real-time waarnemingen van mitotische en Meiotische nucleaire dynamica 1 worden vergemakkelijkt, 2,3. Meiose is bijzonder uitdagend omdat het een terminaldifferentiatie traject is dat nauw aandacht moet schenken aan timing.
Het doel van dit protocol is om een relatief eenvoudige methode te presenteren voor het onderzoeken van real-time splijtstof gist kern dynamiek in mitose en meiosis. Om dit te bereiken, is het noodzakelijk om cellen te gebruiken die niet zijn blootgesteld aan milieubelasting, agarose-pads voorbereiden die langdurige beeldvorming kunnen weerstaan, en cellen monteren op dichtheden die de visualisatie van eencellige dynamiek vergemakkelijken. Bovendien maakt dit protocol gebruik van cellen die fluorescentioneel gelabelde eiwitten dragen die dienen als nuttige markers voor nucleaire kinetiek (Hht1-mRFP of Hht1-GFP), chromosoomsegregatie (Sad1-DsRed), cytoskelet dynamiek (Atb2-mRFP), transcriptionele activering in G1/S (Tos4-GFP) en cohesie stabiliteit in de meiose (Rec8-GFP). Deze methode introduceert ook extra nucleaire en cytosolische markers (tabel I) die kunnen worden gebruikt in verschillende combinaties om vragen over specifieke cellulaire processen aan te pakken. Bovendien zijn basis Fiji-tools beschikbaar om onderzoekers te helpen Live-celbeelden te verwerken en verschillende soorten gegevens te analyseren. De kracht van deze aanpak vloeit voort uit het gebruik van real-time waarnemingen van eiwit dynamica, timing en stabiliteit om processen te beschrijven die integraal zijn voor de goede uitvoering van mitose en meiosis.
Live-celbeeldvorming tijdens mitose en meiose biedt de mogelijkheid om de nucleaire dynamiek te onderzoeken zonder het substantieel verstoren van splijtings gist fysiologie tijdens het verzamelen van gegevens. Echter, voorzichtigheid moet worden betracht om ervoor te zorgen dat cellen groeien tot de gewenste dichtheden vrij van milieu spanningen; en voor meiose, dat de cellen worden afgebeeld tijdens de tijd van terminale differentiatie en niet te vroeg of te laat. Overtollige cellulaire drukte, honger en ongepaste groei temperaturen zijn veelvoorkomende factoren die bijdragen aan irreproduceer bare waarnemingen. Bovendien is het tijdens het bouwen van de stam van cruciaal belang om te testen dat fluorescerende Tags niet interfereren met de functies van doel genen noch invloed hebben op de algehele celconditie. Het niet goed inspecteren van de fenotypes van stammen die fluorescerende markers dragen, kan leiden tot inconsistente en onvergelijkbare resultaten in vergelijkbare genotypes.
Hoewel Microscoop agarose pads eenvoudig te monteren zijn, kunnen ze ook een hindernis vormen bij het verkrijgen van waardevolle beeldvormings gegevens. Het maken van agarose pads is net zo eenvoudig als het plaatsen van drie Microscoop dia’s parallel aan elkaar, doseren gesmolten agarose op de middelste dia, en het zetten van een dia die de top van de andere dia’s transverzen. Het is echter nuttig om een Slide-Maker apparaat te monteren dat breedte wijzigingen mogelijk maakt om resistente, situatie-specifieke agarose pads te vervaardigen. Een eenvoudige Slide Maker die de flexibiliteit van de pad breedte geeft, bestaat uit een platform (pipettips houder of de Bank), twee Microscoop-dia’s en labtape die fungeren als het pad-breedte aanpassingsmechanisme (Figuur 1a). Exacte dikte van de pad zal afhangen van de Imaging tijd vereisten, agarose merk, temperatuur, dekslip Sealant, verdampingssnelheid, enz. Daarom is het belangrijk om het imaging systeem te kalibreren vóór het verzamelen van gegevens om de technische reproduceerbaarheid te verhogen en de kwaliteit van Live-celbeeldvorming1,2,3te verbeteren. Pad oppervlak, stijfheid en samenstelling zijn essentieel tijdens langdurige beeld verwerving. Agarose heeft een lage achtergrond fluorescentie, kan gemakkelijk worden gegoten, en bij de juiste concentratie, bestand tegen structurele vervorming als gevolg van verdamping. Bovendien maakt het combineren van splijtings gist media met agarose geen afbreuk aan de beeldkwaliteit en zorgt voor uitgebreide observatie van meervoudige behandeling en meiosiscycli. Ook is het belangrijk om eventuele luchtbellen voor time-lapse microscopie te voorkomen. Binnen agarose pads en binnen het monster, luchtzakken uit te breiden na verloop van tijd, waardoor celverschuiving en het verstoren van de focal vliegtuigen. Mits de cellen efficiënt worden uitgespreid door de dekstrook rotatie, kunnen onderzoekers mitotische processen over verschillende generaties volgen en Meiotische gebeurtenissen van nucleaire fusie tot sporulatie. Het maken en kiezen van de juiste pad voor Imaging experimenten kost tijd om te beheersen, maar eenmaal bereikt, kan bijdragen aan zeer informatieve Microscoop observaties.
Zoals het geval is met andere methoden, is Live-cel microscopie niet vrij van technische beperkingen. Het gebruik van fluorescently-gelabelde eiwitten introduceert grenzen aan experimenten die de reikwijdte van wat kan worden bestudeerd beperken. Foto-bleaching en foto-toxiciteit zijn problemen die kenmerkend zijn voor langdurige beeld verwerving. Ze kunnen worden tegengedraaid door cellen te lang of te vaak niet bloot te stellen aan korte golflengten. Voor experimenten met GFP, CFP, yfp, mrfp en dsred, typische fluorescerende eiwitten die worden gebruikt in splijting gist Live-celbeeldvorming, is het gebruikelijk om 5-15% excitatie licht en 100-500 MS blootstellingstijd voor routine experimenten in dienst te nemen. Deze parameters veranderen echter, volgens de specifieke experiment eisen van de onderzoeker. Bovendien, z-stacks bestaat uit 9-13 secties met 0,5 μm afstand met behulp van een 60x doelstelling is genoeg om de dikte van een splijting gist cel op te lossen. Bovendien is het belangrijk om te bevestigen dat fluorescentie markers de juiste regulering of functie van doel eiwitten niet verstoren of valse fenotypes genereren. Daarom is het raadzaam om stammen te construeren die verschillende fluorescerende en affiniteits tags bevatten voor hetzelfde doel gen om waarnemingen met verschillende middelen te bevestigen. Bovendien is het de verantwoordelijkheid van onderzoekers om ervoor te zorgen dat experimentele parameters over experimenten kunnen worden gereproduceerd en dat de verzamelde gegevens geschikt zijn voor downstream-analyse1,3. Geen enkele technologie kan de beproefde praktijk van het nauwgezet valideren van experimentele systemen vervangen door een zorgvuldige observatie en een streng onderzoek van de lineariteit bij het opsporen van fluorescerende signalen.
Ten slotte is het cruciaal om microscopie gegevens te analyseren in indelingen die geen RAW-afbeeldingen wijzigen. Fiji biedt uitstekende documentatie hulpmiddelen om de metingen van onbewerkte gegevens bij te houden en stelt onderzoekers in staat om verschillende celparameters in één sessie te onderzoeken. Deze functies, evenals haar rijkdom aan online tutorials en uitgebreide literatuur dekking, maken Fiji een belangrijk hulpmiddel voor het meten, analyseren en presenteren van Live celbeeldvormings gegevens die de nucleaire dynamiek van splijtings gist in mitose en meiosis beschrijven.
The authors have nothing to disclose.
De auteurs willen Natalia La Fourcade en Mon LaFerte bedanken voor het maken van de voorbereiding van dit manuscript een aangenamere inspanning. Dankzij leden van het Forsburg Lab die hebben bijgedragen aan de voltooiing van dit werk met hun inzicht, experiment ideeën en morele ondersteuning. Dit project werd gesteund door NIGMS R35 GM118109 naar SLF.
60x Plan Apochromat objective lens | Olympus | AMEP4694 | |
Adenine | Sigma | A-8751 | |
Agar | 7558B | IB4917-10 kg | |
Agarose | Sigma | A9539-500g | |
Belly Dancer rotator | Stovall | US Patent #4.702.610 | |
Biotin | Sigma | B-4501 | |
Boric acid | Sigma | B-6768-5kg | |
CaCl2·2H20, | Sigma | C3306-500G | |
Citric acid | Sigma | C-0759 | |
Convolve 3D software plug-in | OptiNav, Inc. | n/a | |
CoolSnap HQ CCD camera | Roper | n/a | |
Cover slip | VWR | 16004-302 | |
CuSO4·5H20, | END | CX-2185-1 | |
DeltaVision deconvolution fluorescence microscope | GE Healthcare/Applied Precision | n/a | |
Diffraction PSF 3D software plug-in | OptiNav, Inc. | n/a | |
Edinburgh minimal medium (EMM) Notrogen | Sunrise | 2023;1kg | |
FeCl2·6H2O | END | FX9259-04 | |
Glucose | Sigma | G-7021 | |
Heat plate | Barnstead | Thermo Lyne | |
Histidine | Sigma | H8125-100g | |
Huygens deconvolution software | SVI | n/a | |
Imaris deconvolution software | Bitplane | n/a | |
Incubator | Shell lab | #3015 | |
Inositol | Sigma | I-5125 | |
Iterative Deconvolve 3D software plug-in | OptiNav, Inc. | n/a | |
KCl | Mallinckvadt | 6858-04 | |
Lanolin | Sigma | L7387-1kg | |
Leucine | Sigma | L8912-100g | |
Lysine | Sigma | L5626-500g | |
Malt extract (ME) | MP | 4103-032 | |
MgCl2·6H20 | AMRESCO | 0288-500G | |
MetaMorph | Molecular Devices | n/a | |
Microscope slides | VWR | 16004-422 | |
MnSO4, | Mallinckvadt | 6192-02 | |
Molybdic acid | Sigma | M-0878 | |
Na2S04 | Mallinckvadt | 8024-03 | |
Nicotinic acid, | Sigma | N-4126 | |
Pantothenic acid | Sigma | P-5161 | |
Paraffin wax | Fisher | s80119WX | |
Pombe glutamate medium (PMG) | Sunrise | 2060-250 | |
softWorx v3.3 image processing software | GE Healthcare | n/a | |
Sporulation Medium powder | Sunrise | 1821-500 | |
Temperature controlled centrifuge | Beckman | Allwgra 6KR xentrifuge | |
Uracil | AMRESCO | 0847-500g | |
Vaseline | Equaline | F79658 | |
yeast extract | EMD | 1.03753.0500 | |
Yeast extract plus supplements (YES) | Sunrise | 2011-1kg | |
ZnSO4·7H2O | J.T.Baker | 4382-04 |