قمنا بتطوير استراتيجية لتنقية والصورة عدد كبير من centrioles في توجهات مختلفة قابلة للفحص المجهري القرار فائقة والجسيمات واحد في المتوسط.
Centrioles تجميعات الجزيئات الكبيرة الهامة للتنفيذ السليم للعمليات البيولوجية الخلية الأساسية مثل انقسام الخلية أو حركية الخلية إشارات الخلية. الطحالب الخضراء رينهاردتي تشلاميدوموناس ثبت أن طراز الثاقبة في دراسة الهندسة المعمارية مريكز، الدالة، وتكوين البروتين. وعلى الرغم من التقدم الكبير نحو فهم بنية سينتريولار، أحد التحديات الراهنة تحديد التعريب الدقيق لمكونات سينتريولار داخل المناطق الهيكلية مريكز من أجل فهم أفضل لدورها في مريكز نشوء حيوي. قيداً رئيسيا يكمن في حل مجهرية الأسفار، مما يعقد تفسير التعريب البروتين في هذا عضية مع أبعاد قريبة من الحد حيود. لمعالجة هذه المسألة، ونحن نقدم وسيلة لتنقية والصورة عدد كبير من رينهاردتي C. centrioles مع توجهات مختلفة باستخدام الفحص المجهري القرار فائقة. هذا الأسلوب يسمح لمزيد من المعالجة للبيانات عن طريق فلوري واحد-الجسيمات المتوسط (فلوو-سبأ) نظراً للعدد الكبير من centrioles المكتسبة. فلوو-سبأ يولد متوسطات الملون centrioles C. رينهاردتي في توجهات مختلفة، وبالتالي تيسير إضفاء الطابع المحلي على البروتينات متميزة في المناطق الفرعية سينتريولار. الأهم من ذلك، يمكن تطبيق هذا الأسلوب بصورة centrioles من الأنواع الأخرى أو التجميعات الجزيئات الكبيرة الأخرى.
مريكز هو عضية تقحم مصانة التي تكمن في صميم سينتروسومي في الخلايا الحيوانية، ويمكن أن تعمل كهيئة القاعدية (المشار إليها ك centrioles أدناه) بأهداب القالب أو سياط في كثير من حقيقيات النوى1،2. على هذا النحو، حاسمة بالنسبة للعمليات البيولوجية الخلية الأساسية تتراوح بين الجمعية المغزل إلى الخلية إشارات centrioles. ولذلك، ارتبطت مع العديد من الأمراض البشرية بما في ذلك سيليوباثيس والسرطانات3عيوب في الجمعية مريكز أو دالة.
Centrioles تضاعف، متناظرة، ميكروتوبولي الثلاثي القائم على الهياكل الاسطوانية التي هي، عادة، ~ 450 نانومتر طويلة و ~ 250 نانومتر واسعة4،5،،من67. المجهر الإلكتروني التقليدية والتصوير المقطعي cryo-إلكترون من centrioles من الأنواع المختلفة قد كشفت عن أن centrioles هي الاستقطاب على طول محورها طويل مع ثلاث مناطق متميزة: منطقة الدانية، ونواة مركزية، و منطقة البعيدة5 , 7 , 8 , 9 , 10 , 11-الأهم من ذلك، كل من هذه المناطق يعرض السمات الهيكلية المحددة. أولاً، يتضمن تجويف منطقة شمال البحر الأبيض المتوسط طوله الدانية 100 هيكل عجلة العربة متصلة بالثلاثي ميكروتوبولي من خلال عنصر رأس الدبوس12. ثانيا، يتضمن منطقة وسط شمال البحر الأبيض المتوسط طوله 300-400 كثافة ليفية في السمات الهيكلية والتجويف على طول الوجه الداخلي ميكروتوبوليس: رابط على شكل Y والذيل ج-A-9كعب الروتين. وأخيراً، منطقة شمال البحر الأبيض المتوسط 50 – 100 القاصي المعارض الملاحق الفرعية البعيدة والبعيدة التي تحيط بالجزء الأعلى من5،مريكز13.
لقد اتسمت في العقدين الأخيرين باكتشاف عدد متزايد من البروتينات سينتريولار، مما أدى إلى إجراء تقدير الحالي لبروتينات مميزة حوالي 100 كونها جزءا من مريكز14،،من1516، 17-وعلى الرغم من أوجه التقدم هذه، التعريب الدقيق لهذه البروتينات داخل مريكز يظل بعيد المنال، لا سيما داخل المناطق الفرعية الهيكلية. الأهم من ذلك، تعيين ترجمة دقيقة للمناطق الهيكلية مريكز أمر حاسم لفهم أفضل لوظيفتها. وفي هذا الصدد، centrioles رينهاردتي C. قد ساعدت في كلا من الجوانب بأول واﻻستعانة السمات الهيكلية المختلفة على طول الاسطوانة9،18،19، مما أتاح ثم الباحثين للربط بين إضفاء الطابع المحلي على مجموعة فرعية بروتينات باستخدام مجهر فلوري إلى منطقة شبه هيكلية. ويشمل هذا، على سبيل المثال، البروتينات Bld12p و Bld10p، الذي ترجمة في المنطقة الدانية، وفي هيكل عجلة العربة خاصة20،21،،من2223. كما تشمل قائمة البروتينات الهيكلية المترجمة POB15 و POC16، هما البروتينات الرواية حددها الكتلي التي تزين المنطقة الداخلية الأساسية المركزية centrioles رينهاردتي جيم- 17.
تقدم هذه الورقة وصف كامل للطريقة التي وضعت لعزل والصورة centrioles رينهاردتي C. للفحص المجهري القرار فائقة اللاحقة والجسيمات واحد في المتوسط. ولتحقيق هذا الهدف، من المهم أن تحدد القيود التقنية التي يتعين التغلب عليها. أولاً، يمكن أن تؤثر على تنقية مريكز البنيان الشامل، مع هيكل عجلة العربة وكثيراً ما يتم فقدان أثناء الخطوات المختلفة لعزل9. وثانيا، أبعاد مريكز قريبة جداً من الحد حيود في المجهر الضوئي. في الواقع، هو القرار الجانبية التي يمكن الحصول عليها في الفحص المجهري [كنفوكل] حوالي 200 نانومتر24، مماثلة للقطر مريكز، والقرار في ض-محور عن 2 – 3 س أقل، مما يؤدي إلى وحدة تخزين متباين. وثالثاً، يمكن أن يحد إلى التباين في اتجاه وضع العلامات ومريكز جسم تفسير الحاجة إلى ترجمة بروتين في منطقة سينتريولار الفرعية محددة. وأخيراً، توجد centrioles في نسختين فقط كل خلية، مما يجعل من الصعب الحصول على عدد كبير من الصور، والبحث عن اتجاه مريكز لا لبس فيها. للالتفاف حول هذه المسائل التقنية، قمنا بتطوير أسلوب يعتمد على تطبيق القرار فائقة مجهرية على عدد كبير من centrioles المعزولة التي تعتمد التوجهات المختلفة. نحن سوف تصف أول بروتوكول لتنقية رينهاردتي C. centrioles التي تمكن من تنقية centrioles سليمة هيكلياً وبروسينتريوليس التي تحتوي على عجلة العربة. ثم، ونحن سوف تصف بروتوكول خطوة بخطوة للتركيز centrioles على كوفيرسليبس للتصوير بواسطة التقليدية أو مجهرية فائقة القرار الفلورسنت. تسمح هذه الخطوة هامة لزيادة عدد centrioles تصويرها في اتجاهات متعددة. وأخيراً، نحن سوف تصف إجراء لإجراء واحد-الجسيمات في المتوسط على البيانات التي يحصل عليها من شأن المجاهر الفلورسنت التي تسهل الكشف عن centrioles في اتجاهات مختلفة. إجمالاً، يمكن تطبيقها على الصورة centrioles هذا الأسلوب من مختلف الأنواع أو التجميعات الجزيئات الكبيرة الأخرى.
أحد التحديات في مجال البيولوجيا فك التعريب الدقيق للبروتينات في سياق معمارية. مريكز بنية مثالية لتطبيق هذه الأساليب، كما درست الهندسة المعمارية استخدام التصوير المقطعي الإلكترون البرد، تكشف عن ملامح ultrastructural مثيرة للاهتمام على طوله. ومع ذلك، بسبب أبعادها قريبة من حد القرار بالمجهر الضوئي، من الصعب دقة ترجمة بروتين من الفلورة إلى منطقة مريكز استخدام المجاهر التقليدية30الفرعية هيكلية.
يقتصر القرار في المجهر الضوئي من حيود الضوء الذي يعطي، تقريبا، قرارا أقصى أفقي من 200 نانومتر في المجهر الضوئي24. ومع ذلك، قد هذا الحد تجنبت بواحدة من كبرى إنجازات السنوات ال 20 الماضية في المجهر الضوئي: اختراع أساليب القرار فائقة. هذه النهج يمكن الصورة خارج حدود حيود في قرارات مختلفة: 120 نانومتر سيم حوالي 50 نانومتر ليحث إذاعة استنزاف (STED) و 20 – 40 نانومتر للتعريب جزيء واحد مجهرية (سملم)24. مع هذه التطورات الجديدة من الفحص المجهري القرار فائقة، قابلة المناطق الفرعية الهيكلية من مريكز. ومع ذلك، في الممارسة العملية، ما زال من الصعب تحديد دقة التعريب من البروتين لعنصر هيكلي للسبب الرئيسي في أن centrioles ناضجة موجودة في نسخ 2 فقط لكل خلية والتوجهات العشوائية، مما يجعل تفسير الترجمة الصعبة. لهذا السبب، تم بروتوكول إنشاء الذي يسمح للباحثين صورة فائقة القرار عدد كبير من centrioles، زيادة فرصة لمراقبة التوجهات غير غامضة. الأهم من ذلك، حيث يعتمد هذا الأسلوب على استخدام centrioles معزولة، ونحن نقدم وسيلة لتنقية سليمة رينهاردتي C. centrioles التي تحتوي على centrioles ناضجة وبروسينتريوليس.
وأخيراً، نظراً لمجموعة التوجهات مريكز التي يمكن تصويرها بهذا البروتوكول، تحليل الجسيمات واحد يمكن تطبيقها استخدام البرمجيات الميكروسكوب الإلكتروني. ينتج عن هذا الجيل من متوسط فئات centrioles في اتجاه معين. الأهم من ذلك، يمكن استخدام هذه الصور 2-د الناتجة ثم تقييم التعريب بروتين محددة على طول مريكز. وفي الواقع، هذا الأسلوب يمكن تطبيقها على الصور ذات الدقة الفائقة المزدوج-لون، ويمكن استخدام لون واحد للكشف عن مريكز هيكل عظمى (مثلاً، توبولين)، في حين الألوان الأخرى يمكن أن يعزى إلى بروتين سينتريولار محددة. عن طريق طرح المتوسطات التي تم الحصول عليها مع لون واحد أو لونين، يصبح من الأسهل لتسجيل نسبة بروتين على طول مريكز (الدانية أو المركزية أو البعيدة). علما أنه ينبغي مواءمة القناتين بدقة لمنع أي تفسيرات مضللة. وعلاوة على ذلك، سوف تساعد المتوسطات لآراء كبار فك إذا كان بروتين يموضع داخل التجويف سينتريولار، على طول الجدار microtubule، أو خارج مريكز.
ويمتاز هذا الأسلوب للتأكد من إضفاء الطابع المحلي على البروتينات المحددة التي يمكن أن تكون صعبة لتعريب خلاف ذلك بسبب العلامات غير متجانسة. نلاحظ أن أساليب أخرى لتعيين البروتينات داخل centrioles قد وصف في الارتباطية سيم/سملم ثلاثي الأبعاد مع، على سبيل المثال، تقييم توجهات محددة centrioles بتحديد الشخصية اهليلجية علامة تشكيل الحيد حول مريكز بتصوير سيم. تستخدم هذه المعلمة، من الممكن ترجمة البروتين بدقة من 4 – 5 نانومتر30. لاحظ أيضا أن يستخدم الأسلوب الموصوفة هنا centrioles معزولة مع سليمة بروسينتريوليس، إشارة إلى أن بنية مريكز الأكثر احتمالاً يحافظ إلى حد كبير. ومع ذلك، لا يمكننا أن نستبعد أن بعض المعالم المعمارية باﻻنزعاج أثناء تنقية، مثل قطر مريكز متفاوتة مع تركيز الكاتيونات divalent كما تتضخم مع عزلة centrosome البشرية5.
واحدة من الخطوات الحاسمة للبروتوكول المعروضة هنا الحصول على مركزة بما فيه الكفاية centrioles معزولة في توجهات مختلفة قابلة لقطع-سبأ. للقيام بذلك، تأكد أولاً من النقاء وكفاءة إجراءات العزل مريكز. تركيز منخفض من centrioles معزولة يمنع التصوير السليم والاستمرار في معالجة الصورة. لهذا الغرض، ونحن نقدم وسيلة لإثراء عدد centrioles كل مجال الرؤية. اعتماداً على عدد centrioles في الكسر المستخدمة، ينبغي تعديل وحدة التخزين المحملة في مركزات، مع وحدة تخزين كحد أقصى من 250 ميليلتر.
الأهم من ذلك، أن هذا الأسلوب قد وضعت لجدار الخلية ناقص الخلايا رينهاردتي cw15–جيم . في هذه السلالة، هشاشة جدار الخلية يسمح تحلل سليم للخلايا، ومن ثم تحرير المحتوى الخاص به. هذا البروتوكول ليس من الكفاءة للبرية من نوع C. رينهاردتي الخلايا، كما يمنع جدار الخلية تحلل سليم. الاستراتيجيات البديلة مثل سونيكيشن أو حضانة قبل الخلايا مع أوتوليسين، إنزيم يمكن أن تتحلل في جدار الخلية31، يتعين أن توضع بتغيير الخلية جدار قبل تطبيق البروتوكول العزلة المعروضة هنا.
يمكن استخدام هذا الإعداد مع أنواع مختلفة من المجاهر، تتراوح بين المجاهر التقليدية [كنفوكل] المجاهر القرار فائقة الإنتاجية العالية مخصصة. لاحظ أن عند القيام سملم، المخزن مؤقت خاص المطلوب للتصوير السليم، وهكذا، ينبغي أن تستخدم غرفة مكيفة ساترة 12 مم مع المخزن المؤقت على رأس ساترة. سيتم إجراء تصوير اللاحقة مع المجهر المقلوب. إذا كان لا يسمح بتركيب المجهر ساترة 12 مم، يمكن تطبيقها البروتوكول المعروضة هنا على كوفيرسليبس 18 ملم باستخدام أنبوب أسفل جولة 30 مل ومحول تم التعديل والمكثف. كما أن من المهم ملاحظة أن نوعية إعادة إعمار سملم النهائي سيتوقف على النوعية لتلطيخ وجسم الأولية المستخدمة، فضلا عن طريقة التثبيت.
وباختصار، نحن نقدم أسلوب التي يمكن تطبيقها على الصورة التي أعقبت centrioles العديد من فلوو-سبأ التي سوف تولد متوسطات centrioles في التوجهات المختلفة، مما يساعد على ترجمة البروتين سينتريولار بدقة. الأهم من ذلك، يمكن تطبيق هذا الأسلوب أكثر عموما centrioles معزولة من الأنواع الأخرى، العضيات الأخرى، أو جمعيات الجزيئات الكبيرة. وأخيراً، نهج إعداد عينة المعروضة هنا، جنبا إلى جنب مع تطوير خوارزمية الأخيرة لتحليل واحد-الجسيمات الفلورية سملم البيانات32، يمكن أن تفتح المزيد من تحسين في الخرائط الجزيئية الكبيرة الجزيئات التجميعات.
The authors have nothing to disclose.
ونشكر بيير Gönczy وبيويماجينج والبصريات منصة (بيوب) في مدرسة البوليتكنيك Fédérale دي لوزان، لوزان، سويسرا، حيث تم اقتناء صور سيم centrioles. كلنا نيكولاي ودافيدي جامباروتو معتمدة من قبل مجلس البحوث الأوروبي (ERC) ابتداء منح (الجنيه الاسترليني) 715289 (تمييز) وجينك Le Maeva، بول كيشار، والفرنسية فيرجيني هامل من PP00P3_157517 مؤسسة العلوم الوطنية السويسرية (سنسف). سوزان بورجيرس معتمد من قبل جامعة جنيف.
Mouse monoclonal anti-apha tubulin (clone DM1A) | Abcam | ab7291 | dilution 1:300 |
DNaseI | Roche | 10104159001 | |
12 mm coverslips | Roth | YX03.1 | |
18 mm coverslips | Roth | LH23.1 | |
K2HPO4 | Fluka | 60355 | |
KH2PO4 | Fluka | 60230 | |
Tris base | Biosolve Chimie SARL | 0020092391BS | |
acetic acid | Carlo Erba Reagents | 524520 | |
NH4Cl | Sigma | A-4514 | |
CaCl2 | Sigma | C-7902 | |
MgSO4 | Sigma | 63140-500G-F | |
steritop filter | Millipore | SCGPT05RE | |
sucrose | Sigma | S7903-1KG | |
HEPES | AppliChem PanReac | A3724,0250 | |
PIPES | Sigma | P6757-500G | |
MgCl2 | ACROS ORGANICS | 197530010 | |
NP-40 | AppliChem PanReac | A1694,0250 | |
Round-bottom (Kimble) tubes 15 mL | Fisherscientific | 09-500-34 | |
Round-bottom (Kimble) tubes 35 mL | Fisherscientific | 09-500-37 | |
cover glass staining rack | Thomas scientific | 8542E40 | |
crystal polystyrene transmission lab box | FISHERS | 11712944 | |
Methanol | VWR | 20864.32 | |
BSA | Roche | 10735086001 | |
Triton X100 | Roth | 3051.3 | |
goat anti-mouse coupled to Alexa 488 | invitrogen | A11029 | dilution 1:1000 |
goat anti-rabbit coupled to Alexa 568 | invitrogen | A11036 | dilution 1:1000 |
mounting medium | abcam | ab188804 | |
Tube, thinwall polypropylene | Beckman Coulter | 326823 | |
Poly-D-Lysine 1 mg/mL | SIGMA | A-003-E | |
Mouse monoclonal anti-Polyglutamylation modification mAb (GT335) | Adipogen | AG-20B-0020 | dilution 1:1000 |
glycerol mounting medium with DAPI and DABCO | Abcam | ab188804 | |
50 mL conical tubes | Falcon | 14-432-22 | |
Eppendorf 5810R centrifuge | Eppendorf | 5811000622 | |
Beckman JS-13.1 swinging bucket rotor | Beckman Coulter | 346963 | |
Beckman SW 32Ti rotor | Beckman Coulter | 369694 | |
parafilm | Bemis | 13-374-10 | |
Leica TCS SP8 with Hyvolution mode | Leica | ||
OSRAM L18W/954 LUMILUX | Luxe Daylight/ OSRAM | ||
Whatman filter paper | Sigma | WHA1001325 | |
CrSAS-6/Bld12 antibody | dilution 1:300 (Hamel el al, 2014) | ||
Scipion | http://scipion.i2pc.es/ | ||
EM CCD camera (Andor iXON DU897) | Andor |