تصور جسيم داخلي حيوية في محطات عصب المعيشة مع رباعية الابعاد التصوير الإسفار
Summary
ويستخدم رباعي الأبعاد (4D) التصوير لدراسة السلوك والتفاعلات بين نوعين من الإندوسومات في العيش المحطات العصبية الفقاريات. وتتميز حركة هذه الهياكل الصغيرة في ثلاثة أبعاد، والسماح تأكيد الأحداث مثل الانصهار جسيم داخلي وإيماس.
Abstract
وقد استخدمت رباعي الأبعاد (4D) التصوير ضوء لدراسة سلوك هياكل صغيرة داخل المحطات العصب المحرك للالمستعرضة البطنية العضلات رقيقة من ثعبان سام. تضم البيانات الخام تسلسل الوقت الفاصل بين ل3D ض المداخن. كل كومة يحتوي على 4-20 الصور المكتسبة مع عدسات epifluorescence في طائرات التنسيق مفصولة 400-1،500 نانومتر. الخطوات في اكتساب مداخن صورة، مثل تعديل التركيز، والتحول من موجات الإثارة، وتشغيل الكاميرا الرقمية، ومؤتمتة قدر الإمكان لزيادة معدل الصورة وتقليل تلف الأنسجة من التعرض للضوء. بعد الاستحواذ، وdeconvolved مجموعة من مداخن صورة لتحسين القرار المكانية، وتحويلها إلى شكل 3D المطلوب، واستخدامها لإنشاء "فيلم" 4D التي هي مناسبة لمجموعة متنوعة من التحليلات التي تعتمد على الكمبيوتر، اعتمادا على البيانات التجريبية المطلوبة. طلب واحد هو دراسة السلوك الديناميكي للفئتين من الإندوسومات جدت في الأعصاب الطرفية-macroendosomes (MES)والإندوسومات الحمضية (AES) الذي أحجام (200-800 نانومتر لكلا النوعين) هي في أو بالقرب من الحد الحيود. الوصول إلى المعلومات 3D في كل نقطة زمنية يوفر العديد من المزايا التقليدية الوقت الفاصل بين التصوير. على وجه الخصوص، وحجم وسرعة حركة الهياكل يمكن قياسها كميا مع مرور الوقت من دون فقدان التركيز الشديد. أمثلة من البيانات من 4D التصوير تكشف عن أن محلات الصرافة الاقتراب من غشاء البلازما وتختفي، مما يشير إلى أنهم exocytosed بدلا من مجرد التحرك عموديا بعيدا عن طائرة واحدة من التركيز. وكشف أيضا هو الانصهار المفترضة من محلات الصرافة وكيانات، من خلال التصور من التداخل بين الهياكل التي تحتوي على صبغة اثنين كما شوهدت في كل ثلاثة إسقاطات المتعامدة.
Introduction
الوقت الفاصل بين التصوير من الأنسجة الحية يوفر الوصول البصرية للعلاقات هيكل الوظائف الديناميكية التي لا يمكن تقديره في الأعمال التحضيرية ثابتة أو يعيشون تصويرها عند نقطة واحدة في الوقت المناسب. في كثير من الأحيان، ومع ذلك، والمقايضة للحصول على المعلومات الزمانية هو انخفاض في القرار البصرية. الأهداف النفط الغمر عالية الفتحة العددية هي غير عملي في الأنسجة الحية بسبب نطاق ضيق على التركيز، وترك الغمر بالماء أو أهداف الجافة باعتبارها بدائل فقط. وعلاوة على ذلك، فإن قرار زيادة يوفرها البصريات متحد البؤر لا يمكن استخدامها في بعض الاستعدادات المعيشة بسبب الضيائية من مستويات عالية نسبيا من الإضاءة المطلوبة 1،2. أخيرا، في حين أن العديد من الوقت الحقيقي أو الوقت الفاصل بين التقنيات البصرية المتاحة التي عرض القرار المحسن تطبيقها يقتصر على الاستعدادات حيث يمكن وضعه داخل هياكل الفائدة بضع مئات نانومتر الهدف 1. الطريقة الموضحةيجعل من استخدام المعدات قليلة التكلفة نسبيا، هي متعددة، ولكن يقدم تحسين القرار مقارنة استخداما أكثر التقنيات مرور الزمن. الغرض منه هو للاستخدام في المختبرات الفردية فضلا عن مرافق التصوير.
يستخدم الأسلوب المجهري epifluorescence التقليدية، جنبا إلى جنب مع كاميرا رقمية حساسة ومع الأجهزة المصممة لاكتساب بسرعة مجموعات من الصور في طائرات التنسيق مختلفة قليلا (ض مداخن). وdeconvolved كل ض المكدس رقميا لزيادة القرار. ميزة واحدة من 3D مرور الزمن (4D) التصوير هو تتبع دقيق من العضيات تتحرك أو غيرها من الهياكل. عند تعيين بشكل صحيح حتى والهياكل المصورة لا يخرجون من التركيز، والحركة في كل الاتجاهات الثلاثة يمكن ملاحظتها وقياسها. وبالتالي فإنه من المستحيل لهيكل الملون لتختفي على واحد أو أكثر من لقطة مرور الزمن بمجرد الانجراف أعلاه أو أدناه البؤري الضيقة. يخدم الأسلوب أيضا كأداة حساسة لتقييم التفاعلات وممكن فوسيون هياكل صغيرة. epifluorescence التقليدية أو الصور متحد البؤر هياكل بالقرب من الحد حيود (بضع مئات نانومتر) لا تؤكد الانصهار حتى لو تظهر الصور اندمجت التداخل من التسميات كل منهما 3. ويقترح الانصهار، ولكنه لا يزال من الممكن أن يتم فصل الكائنات أفقيا أو رأسيا لمسافة التي هي أقل من الحد الحيود. ثلاثة أو التصوير رباعي الأبعاد، في المقابل، يسمح بمشاهدة الكائنات في كل من ثلاثة اتجاهات متعامدة. مظهر الانصهار في جميع وجهات النظر الثلاثة يزيد من مستوى اليقين. وفي بعض الاستعدادات المعيشة، وجهت الحركة البراونية أو الأجسام تنصهر مزعومة يوفر دليلا آخر عند نقل كل التسميات معا في الوقت المناسب. بطبيعة الحال، عندما بالقرب من الحد حيود مستوى اليقين في الهياكل المميزين من الخلفية، أو التي تبين أنها تحتوي على اثنين من الأصباغ (الانصهار)، ليست مطلقة. إذا، تقنيات متخصصة للتطبيق، مثل مضان بالرنين نقل الطاقة (الحنق)4، هي أكثر ملاءمة.
Protocol
Representative Results
Discussion
الجانب الأكثر أهمية من التصوير 4D هو إدارة مدة وشدة التعرض للضوء. photobleaching من النقصان صورة نسبة الإشارة إلى الضوضاء ويمكن أن يكون مشكلة أم لا اعتمادا على عوامل مختلفة، بما في ذلك اختيار fluorophores. ويرتبط الضرر غير محددة لالأنسجة الحية (الضيائية) لphotobleaching من، ويمكن في بعض ا…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
وأيد هذا العمل من قبل المعاهد الوطنية الأميركية للصحة منح NS-024572 (لRSW).
Materials
| Name of Material/ Equipment | Company | Catalog Number | Comments |
| Reagents: | |||
| SGC5 | Biotium [Hayward, CA] | 70057 | Final conc:10 mM |
| FM1-43FX | Invitrogen [Carlsbad, CA] | F35335 | Final conc:7 mM |
| LysoTracker Red | Invitrogen [Carlsbad, CA] | L7528 | Final conc:0.2 mM |
| Solutions: | |||
| Reptilian Ringers pH 7.2 | |||
| NaCl | 145 mM | ||
| KCl | 2.5 mM | ||
| CaCl2 | 3.6 mM | ||
| MgSO4 | 1.8 mM | ||
| KH2PO4 (Dibasic) | 1.0 mM | ||
| HEPES | 5.0 mM | ||
| High KCL Reptilian Ringers pH 7.2 | |||
| NaCl | 86 mM | ||
| KCl | 60 mM | ||
| CaCl2 | 3.6 mM | ||
| MgSO4 | 1.8 mM | ||
| KH2PO4 (Dibasic) | 1.0 mM | ||
| HEPES | 5.0 mM | ||
| High Sucrose Ringers pH 7.2 | |||
| NaCl | 145 mM | ||
| KCl | 2. 5 mM | ||
| CaCl2 | 3.6 mM | ||
| MgSO4 | 1.8 mM | ||
| KH2PO4 (Dibasic) | 1.0 mM | ||
| HEPES | 5.0 mM | ||
| Sucrose | 0.5 M (17.1 gm/50 mL) | ||
| Equipment: | |||
| Name | Company | Comments | Comments(website) |
| Axioplan 200 inverted microscope | Carl Zeiss [Thornwood, NY] | www.zeiss.com | |
| N-Achroplan 63X water objective; n.a.=0.9; Working distance=2.4mm | Carl Zeiss [Thornwood, NY] | www.zeiss.com | |
| DG4 combination light source/excitation filterwheel switcher | Sutter instruments [Novato, CA] | 175W Xenon arc lamp | www.sutter.com |
| Lambda 10-2 emission filterwheel switcher | Sutter instruments [Novato, CA] | www.sutter.com | |
| Sensicam CCD camera | Cooke Instruments [Tonawanda, NY] | www.cookecorp.com | |
| Cascade 512 CCD camera | Photometrics [Tucson, AZ] | www.photometrics.com | |
| Imaging dishes- made in-house-11cm dia.; 25 mm dia. #1 coverslip embedded; magnetic pins | |||
| Software: | |||
| Name | Company | Comments | Comments(website) |
| Slidebook 5.0 | Intelligent Imaging Innovations [Denver, CO] | Deconvolution; Drift correction;3D and 4D data presentation | www.intelligent-imaging.com |
| IMARIS 7.5.2 | Bitplane [South Windsor, CT] | Drift correction; 3D and 4D data presentation | www.bitplane.com |
| AfterEffects CS6 | Adobe [San Jose, CA] | Drift correction | www.adobe.com |
| ImageJ 1.46 | National Institutes of Health [Bethesda, MD] | Multiple plugins available;Stereo pair construction | http://rsbweb.nih.gov/ij |
| Zeiss LSM | Carl Zeiss [Thornwood, NY] | Stereo pair construction | www.zeiss.com |
References
- Frigault, M. M., Lacoste, J., Swift, J. L., Brown, C. M. Live-cell microscopy-tips and tools. J. Cell Sci. 122 (6), 753-767 (2009).
- Tinevez, J. -. Y., et al. A quantitative method for measuring phototoxicity of a live cell imaging microscope. Meth. Enzymol. 506, 291-309 (2012).
- Dunn, K. W., Kamocka, M. M., McDonald, J. H. A practical guide to evaluating colocalization in biological microscopy. Am. J. Physiol. Cell Physiol. 300, (2011).
- Snapp, E. L., Hegde, R. S. Rational design and evaluation of FRETexperiments to measure proteinproximities in cells. Curr. Protoc. Cell Biol. 17, (2006).
- Stewart, R. S., Teng, H., Wilkinson, R. S. Late” macroendosomes and acidic endosomes in vertebrate motor nerve terminals. J. Comp. Neurol. 520, 4275-4293 (2012).
- Teng, H., Lin, M. Y., Wilkinson, R. S. Macroendocytosis and endosome processing in snake motor boutons. J. Physiol. 582, 243-262 (2007).
- McNally, J. G., Karpova, T., Cooper, J., Conchello, J. A. Three-dimensional imaging by deconvolution microscopy. Methods. 19, 373-385 (1999).
- Swedlow, J. R., Platani, M. Live cell imaging using wide-field microscopy and deconvolution. Cell Struct. Funct. 27, 335-341 (2002).
- Cromey, D. W., Taatjes, D. J., Roth, J. Digital images are data: and should be treated as such. Methods Mol. Biol. 931, 1-27 (2013).
- Teng, H., Wilkinson, R. S. Clathrin-mediated endocytosis near active zones in snake motor terminals. J. Neurosci. 20 (21), 7986-7993 (2000).
- Teng, H., Cole, J. C., Roberts, R. L., Wilkinson, R. S. Endocytic active zones: hot spots for endocytosis in vertebrate nerve terminals. J. Neurosci. 19 (12), 4855-4866 (1999).
- Tan, T. T. T., Khaw, C., Ng, M. M. L., Mendez-Vilas, A., Diaz, J. Challenges and recent advances in live cell bioimaging. Microscopy: Science, Technology, Applications and Education. , 1495-1505 (2010).
- Verbrugghe, K. J. C., Chan, R. C. Imaging C. elegans embryos using an epifluorescent microscope and open source software. J. Vis. Exp. (49), (2011).
