FLUORESCENSMIKROSKOPI
FLUORESCENSMIKROSKOPI
FLUORESCENSMIKROSKOPI
Transform your PDFs into Flipbooks and boost your revenue!
Leverage SEO-optimized Flipbooks, powerful backlinks, and multimedia content to professionally showcase your products and significantly increase your reach.
Fag SIF 4070 Cellebiologi,Vår2001 Labøving nr.3: Fluorescensmikroskopi<br />
Oppgavens formål:<br />
Labøving nr. 3<br />
<strong>FLUORESCENSMIKROSKOPI</strong><br />
Gjøre studentene kjent med fluorescensmikroskopi og konfokal laser scanning mikroskopi
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
Absorpsjon og emisjon av lys.<br />
Elektronisk eksitasjon av et molekyl består i at molekylet absorberer energi som forårsaker at et av<br />
de løsest bundne elektronene overføres til en orbital med høyere energi. Fotonenes energi må da<br />
tilsvare energiforskjellen mellom eksitert tilstand og grunntilstand. Et energidiagram såkalt<br />
Jablonskidiagram er vist i Figur 1. Energitilstanden S0 er grunntilstand, og S1, S2 osv er henholdsvis<br />
første og andre energinivå med spinnkvantetall J=0. Disse kalles singlettilstander. De tilsvarende<br />
T1, T2 osv kalles triplettilstander med J=1. Hver triplettilstand har en litt lavere energi enn<br />
tilsvarende singlettilstand. Overganger fra en singlet- til en triplettilstand der ΔJ≠0, er såkalt<br />
spinnforbudte overganger og er typisk 10 9 ganger langsommere enn såkalte tillatte overganger<br />
ΔJ=0. Forbudte overganger oppstår som følge av spin-bane koplinger.<br />
Figur 1: Eksempel på et Jablonskidiagram for et molekyl som eksiteres fra S0 til S2. Overganger<br />
ved eksitasjon eller emisjon av et foton er merket med rette piler (→) mens strålingsløse prosesser<br />
som virbrasjonsrelaksasjon (vr), intern konversjon (ic) og system kryssing (isc) er markert med<br />
bølgepil.<br />
I tillegg til elektronisk eksitasjon kan molekyler også tilføres energi i form av vibrasjon og rotasjon<br />
av atomære grupper. Vibrasjon skjer både langs lengdeaksen av en atomær binding (strekkvibrasjon)<br />
og på tvers av bindingen (bøyings-vibrasjon). Vibrasjonseksitasjonsenergien ligger<br />
vanligvis i området 0.05-0.5eV, dvs i den infrarøde delen av spekteret. Rotasjonsenergier er<br />
vesentlig mindre enn energien av vekselvirkningen mellom molekyler i kondensert fase, og mindre<br />
enn variasjonen i denne vekselvirkningen fra det ene molekylet til det andre. Rotasjonsnivåene kan<br />
derfor bare detekteres i gassfase, og er ikke vist i Figur 1.<br />
Det eksiterte molekylet kan falle tilbake til grunntilstand enten ved utsendelse av et foton eller ved<br />
såkalte strålingsløse prosesser (figur 1). Utsendelse av et foton skjer ved fluorescens eller<br />
fosforescens.<br />
Fluorescens betegner utsendelsen av et foton ved tillatt (ΔJ=0) elektronisk deeksitasjon.<br />
Hastighetskonstanten er typisk 10 8 – 10 9 s -1 dvs at dersom deeksitasjonen ikke skjer ved noen<br />
annen prosess vil den eksiterte tilstanden ha en levetid 10 -8 – 10 -9 s.<br />
Fosforesens betegner utsendelsen av et foton ved en forbudt overgang (ΔJ≠0) og skjer vanligvis fra<br />
triplett T1 til singlett S0. Hastighetskonstanten for fosforescens er av størrelsesorden 1-10 -1 s -1 .<br />
2
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
Fluorescens skjer i konkurranse med strålingsløse prosesser. De viktigste strålingsløse prosessene<br />
er vibrasjonsrelaksasjon (Vr), intern konversjon (ic) og system kryssing (isc). Prosessene er vist i<br />
Figur 1. Ved vibrasjonsrelaksasjon tapes vibrasjonsenergi til omgivelsene og dermed overgang fra<br />
en høyere vibrasjonstilstand til en lavere. I kondensert fase vil denne prosessen skje meget raskt<br />
med en hastighetskonstant på typiske 10 12 s -1 . Intern konversjon betegner overgangen mellom<br />
forskjellige elektroniske tilstander med samme spinnkvantetall J. Hastighetskonstanten for ic er<br />
10 12 -10 13 s -1 . Dette er den dominerende prosessen for overganger (deeksitasjon) mellom høyere<br />
eksiterte tilstander. System kryssing betegner en spinnforbudt strålingsløs overgang mellom<br />
elektroniske tilstander for eksempel S1 → T1, med en hastighetskonstant på 10 7 -10 11 s -1 .<br />
Ved måling av fluorescens er kvanteutbytte en viktig parameter for fluorescensintensiteten.<br />
Kvanteutbytte er gitt ved sannsynligheten for at absorpsjon av et foton skal gi opphav til<br />
fluorescens, dvs<br />
kf<br />
Φf =<br />
kf<br />
+<br />
der kf er hastighetskonstanten for fluorescens som konkurrerer med n andre prosesser med<br />
hastighetskonstant ki.<br />
Fluorescensintensiteten fra en belyst prøve med fluorescerende molekyler er gitt ved:<br />
3<br />
n<br />
∑<br />
i=<br />
1<br />
ki<br />
If = ΦfΔI = Iεcl<br />
der I er intensiteten til eksitasjonslyset som passerer en distanse l gjennom prøven.<br />
Ekstingsjonskoeffisienten ε angir tverrsnittet for absorpsjon av lys med en gitt bølgelengde i en<br />
prøve med fluorescerende molekyler i konsentrasjon c.<br />
Absorpsjon og emisjon av fotoner foregår så hurtig at molekylets atomer ikke forandrer posisjon i<br />
løpet av prosessen. Dette kalles Franck-Condon prinsippet og innebærer at kvantespranget må<br />
representeres med vertikale linjer som vist i figur 2. Sannsynlighets- tverrsnittet for absorpsjon og<br />
emisjon av et foton vil dermed avhenge av det romlige overlapp av bølgefunksjonen i begynnelsesog<br />
sluttilstand. For absorpsjon vil de overganger som har størst tverrsnitt skje fra laveste<br />
vibrasjonsnivå i grunntilstand til et høyere vibrasjonsnivå i den eksiterte tilstand. Når det gjelder<br />
lysemisjon vil overganger hyppigst skjer fra laveste vibrasjonsnivå i S1 til eksitert vibrasjonsnivå i<br />
grunntilstand, fordi vibrasjons-relaksasjon og intern konversjon er mye hurtigere prosesser en<br />
fluorescens.<br />
Figur 2: Franck-Condon prinsippet illustrert for absorpsjon fra S0 til S1. Absorpsjon foregår<br />
hyppigst fra laveste vibrasjonsnivå i grunntilstand til et eksitert vibrasjonsnivå i S1. Fluorescens<br />
skjer hyppigst fra laveste vibrasjonsnivå i S1 til eksitert vibrasjonsnivå i S0.
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
Fluorescens fra høyere eksiterte tilstander (S2, S3 osv) observeres sjelden fordi intern konversjon<br />
mellom disse tilstandene er meget hurtig. Franck-Condon prinsippet medfører at<br />
fluorescensspekteret vil ligge noe forskjøvet mot lavere energi og dermed høyere bølgelengder enn<br />
absorpsjonsspekteret, slik som vist i figur 3. Denne forskyvningen kalles Stokes shift.<br />
Figur 3: Generelt absorpsjons- og emisjonsspektere. Emisjonsspekteret er forskjøvet mot høyere<br />
bølgelengder i forhold til absorpsjonsspekteret. Denne forskyvningen betegnes Stokes shift.<br />
Bruk av fluorescens i biologien<br />
En rekke cellulære bestandeler og funksjoner kan studeres kvalitativt og kvantitativt ved å binde<br />
fluorescerende fargestoff såkalte fluorokromer til de cellulære parametrene en ønsker å studere. I<br />
tabell 1 er de vanligste fluorokromer og de cellulære parametrene de binder seg til angitt.<br />
Fluorokromene har en høy spesifisitet/affinitet for ulike komponenter i cellen (DNA, RNA,<br />
proteiner). Ved bruk av monoklonale antistoffer som binder seg til spesifikke proteiner, kan disse<br />
spesifikke proteinene lokaliseres og kvantifiseres. Fluorescensen fra er fluorokrom kan avhenge av<br />
egenskaper i det omkringliggende miljø som temperatur, pH, Ca 2+ og nærvær av andre<br />
fluorokromer. Dette kan benyttes til å studere funksjonelle parametre som for eksempel pH og<br />
Ca 2+ -fluks. Fluorescens mikroskopi benyttes både til å lokalisere og kvantifisere fluorescens i vev<br />
og intracellulært.<br />
Tabell1: De vanligste cellulære komponenter og funksjoner som kan måles ved fluorescens<br />
Cellulære komponenter Fargestoff<br />
DNA Hoechst, propidium iodide, mithramycin, DAPI m fl<br />
S-fase celler BrdU/Hoechst, anti-Brdu antistoff<br />
Kromosomer Hoechst, cromocyanine A3<br />
Spesifikke kromosom-regioner In situ hybridisering –fluorescein isothiocyanate (FITC)<br />
Kromatin struktur Acridin orange, 7-aminoactinmycin<br />
RNA Propidium iodide, acridine orange<br />
Mitochondria Rodamine<br />
Protein Fluorescein isothiocyanate (FITC)<br />
Spesifikke proteiner:<br />
Overflate proteiner og reseptorer<br />
Cytoplasmatisk proteiner<br />
Cytoskjelettet<br />
Kjerneproteiner<br />
Oncogenprodukter<br />
Cellulær funksjoner<br />
Enzymaktiviteter Finnes en rekke fargestoffer<br />
Ionefluks:<br />
Ca 2+<br />
furo-3, indo-1<br />
Mg 2+<br />
Monoklonale antistoffer evt andre prober (f.eks phalloidin mot<br />
aktin) konjugert til ulike fargestoffer som:<br />
FITC/phycoerythrin/Alexa/Texas red/allophycocyanine/ Cy5/ mfl.,<br />
mag-indo-1<br />
pH Dicyano-hydroquinone<br />
Membran potensial Cyanine fargestopffer: oxonol<br />
Membran fluiditet Fluorescens polarisasjon av lipid probe<br />
4
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
En rekke intracellulære molekyler er fluorescerende i seg selv. Denne fluorescensen betegnes<br />
egenfluorescens eller autofluorerscens. Den kraftige røde fluorescensen fra klorofyll i planteceller<br />
er et eksempel.<br />
I tillegg til fluorescensmikroskopi er det to andre metoder for måling av fluorescens. Flow<br />
cytometri (laboratorieøving 6) måler kvantitativ fluorescens per celle. Spektrofluorometri måler<br />
gjennomsnittlig fluorescens i prøven.<br />
Fluorescensmikroskopi<br />
Fluorescensmikroskopet avbilder de fluorescerende deler av objektet. Det finnes to typer av<br />
fluorescensmikroskop, bestemt av fra hvilken retning objektet belyses. Ved transmisjonslys belyses<br />
objektet som i helfelt mikroskop, som vist i figur 4 A. Problemet med denne formen for<br />
fluorescensmikroskopi er at intensiteten av det eksiterende lyset er mye høyere enn av fluorescens<br />
lyset, og god avbilding er avhengig av meget høy kvalitet på de filterene som benyttes for at ikke<br />
eksitasjonslyset skal avbildes. For å redusere intensiteten av eksitasjonslyset som når bildeplanet<br />
benyttes en mørkefeltkondensor (jfr laboratorieøving 1). Dette øker kontrasten i fluorescensbildet,<br />
men mørkefeltet reduserer kondensorens effektive numeriske apertur (NA) samtidig som<br />
objektivets numeriske apertur må være mindre enn den numeriske aperturen for mørkefelt. Da<br />
fluorescensintensiteten er proporsjonal med intensiteten av eksitasjonslyset som igjen er<br />
proporsjonal med NAkond 2 samt at fluorescensintensiteten i bildet er proporsjonal med NAobj 2 , vil<br />
den totale intensiteten i fluorerscensbildet bli redusert i betydelig grad.<br />
A<br />
B<br />
Figur 4: Skjematisk framstilling av fluorescens mikroskop.<br />
A) Transmisjonslys mikroskop der den heltrukne linjen markerer eksitasjonslyset og den stiplete<br />
linjen fluorescenslyset.<br />
B) Epibelysningsmikroskop der eksitasjonslyset er markert. Et dikromatisk filter med en<br />
karakteristisk bølgelende reflekterer lys under denne bølgelengden<br />
C) Epibelysningsmikroskop der emisjonslyset er markert. Det dikromatiske filteret som reflekterte<br />
eksitasjonslyset slipper gjennom det mer langbølgdede emisjonslyset .<br />
Pålys eller epibelysning mikroskopi har nå erstattet den tidligere transmisjonslys-formen for<br />
mikroskopi. Ved epibelysning belyses objektet gjennom objektivet idet objektivet også fungerer<br />
som kondensor (figur 4 B,C). Eksitasjonslys og fluorescens separeres ved hjelp av dikromatiske<br />
speil og filtere. Fordeler med epibelysning er at det ikke stilles så store krav til filtrene fordi<br />
intensiteten av det tilbakespredte lyset fra objektet er langt mindre enn intensiteten av<br />
5<br />
C
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
Lyskilde,<br />
gjennomlys<br />
Kondensor<br />
Objektiv<br />
Lyskilde,<br />
Kvikksølvlampe<br />
epiilluminering<br />
Holder for<br />
filterkuber<br />
CCD kamera<br />
Fig. 5. Olympus omvendt mikroskop<br />
eksitasjonslyset ved transmisjonslys mikroskopi. En annen fordel er at belysningsfelt og bildefelt<br />
har felles optisk akse som forenkler innstilling av mikroskopet. Da objektivet fungerer som<br />
kondensor vil fluorescensintensiteten i bildet være proporsjonal med NAobj 4 . Det er derfor viktig å<br />
bruke objektiv med høy numerisk apertur. Figur 5 viser skjematisk lysgangen gjennom et Olympus<br />
omvendt mikroskop tilsvarende det Nikon mikroskopet som skal benyttes i laboratorieoppgaven.<br />
6<br />
Okular<br />
Kamera<br />
Fokusering
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
Fluorescensintensiteten er ideelt sett proporsjonal med mengde fluorescerende molekyler i objektet.<br />
Ved å detektere fluorescensen med fotomultiplikatorrør eller CCD kamera kan en derfor utføre<br />
kvantitative målinger av fluorescensen og dermed fluorokromen og den komponenten i cellen den<br />
er bundet til. Slik kvantifisering forutsetter at fluorokromene ikke ødelegges av eksitasjonslyset<br />
(såkalt bleking) og at eksitasjonslyset og fluorescenslyset ikke dempes gjennom objektet. Det siste<br />
vil forkomme i tykke preparater fordi lyset blir spredt og absorbert av preparatet. Det må derfor<br />
korrigeres for disse feilene ved kvantitativ fluorescensmikroskopi.<br />
Eksitasjonslyset ved fluorescensmikroskopi er høytrykks kortbuelamper som har meget høy<br />
lystetthet i lysbuen. Lampene er fylt med Hg eller Xe som har et eksitasjonsspekter med en rekke<br />
eksitasjonstopper i UV og det synlige spektral området. Bruk av filtere sørger for at eksitasjonslyset<br />
har riktig bølgelengde, og at tilhørende fluorescens detekteres.<br />
Konfokal laser scanning mikroskopi (KLSM)<br />
Ved tradisjonell fluorescensmikroskopi vil bilde av et objekt med tykkelse større enn mikroskopets<br />
dybdeskarphet ha bidrag fra lys også fra områdene over og under objektplanet dvs det plan som<br />
avbildes skarpt. Disse bidragene reduserer kontrasten i bildet vesentlig. Med konfokal mikroskopi<br />
reduseres disse bidragene sterkt ved å plassere en feltblender foran fluorescensdetektoren.<br />
En prinsippskisse av lysgangen i et KLSM er vist i figur 6 A. En kondensor C avbilder en<br />
punktkilde (A) (punktkilden er vanligvis laserlys) til et fokus (D) i objektet (S). Objektet blir så<br />
avbildet skarpt via objektivet (O) til en feltblender (B) foran fotomultiplikatorrøret som benyttes<br />
som fluorescens detektor. En sier at B er konfokal med A og D siden avbildingen av A og<br />
tilbakeprojeksjonen av B har samme fokus i objektet. Avbildingen av en punktkilde fører til at kun<br />
fokus (D) blir belyst med høy intensitet. Lysintensiteten avtar raskt utenfor fokus. Feltblenderen<br />
foran fotomultiplikatorrøret forhindrer at lys fra punkt utenfor fokus både i aksial og lateral retning<br />
når detektoren (Figur 6 B). Blokkering av lys utenfor fokus gir en radikal forbedring av kontrasten<br />
i bildet og dermed også bildets kvalitet og tolkbarhet.<br />
A B<br />
Figur 6: Lysgangen i et konfokalt mikroskop. A) Prinsippskisse av lysgangen i et konfokalt<br />
mikroskop. B) Lys utenfor fokalplanet (4) kan ikke passere gjennomblenderåpningen (7) og når<br />
ikke detektoren (6).<br />
7
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
Oppbyggingen og lysgangen av et epifluorescens KLSM som skal benyttes i denne oppgaven er<br />
vist i figur 6B. En laserstråle passerer et scanner system, linser (1) og når objektivet=kondensor (2)<br />
som fokuserer lyset på objektet (3). Fluorescenslyset samles opp av objektivet og når et<br />
dikromatisk speil (5) som reflekterer fluorescenslyset (lys over en bølgelengde karakteristisk for det<br />
dikromatiske speilet) inn på ett fotomultiplikatorrør fungerer som detektor. Foran detektoren sitter<br />
en blender (7) som kun slipper gjennom lys fra fokalplanet (4).<br />
Konfokalmikroskopi avbilder kun ett punkt om gangen. For å avbilde et plan må fokus flyttes<br />
relativt til prøven. Dette gjøres vanligvis ved å scanne laserlyset over objektet. Laserlyset scannes<br />
ved bruk av et vibrerende speil.<br />
Ved å flytte fokalplanet aksialt kan en foreta optisk snitting. Dette er en av de store fordelene<br />
KLSM har, idet en kan avbilde tykke preparat med tynne 2-dimensjonale snitt i ulike dybder i<br />
preparatet i en serie av bilder. Disse bildene kan settes sammen til en 3-dimensjonal avbilding av<br />
objektet.<br />
Figur 7: Optisk snitting av et tykt preparat der snitt i ulike dybder avbildes ved konfokal laser<br />
scanning mikroskopi<br />
Som nevnt benyttes fotomultiplikatorrør som fluorescens detektor ved KLSM, idet en<br />
punktdetektor må benyttes. CCD kamera brukes ved tradisjonell fluorescens mikroskopi.<br />
8
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
Gjennomføring av oppgaven<br />
A. Fluorescens merking av celler<br />
Osteosarcomcellelinjen (OHS) gror på spesielle objektglass.<br />
Objektglasset har 4 brønner som skal farges på 4 ulike måter:<br />
a) med det fluorescerende fargestoffet propidium iodide som binder seg til DNA og RNA<br />
b) med phalloidin som binder seg til aktin-filamenter. Phalloidin er merket med fluorokromet<br />
Alexa488.<br />
c) med en kombinasjon av propidium iodide og phalloidin-Alexa488<br />
d) ufarget for å detektere cellens egenfluorescens<br />
Absorpsjons- og fluorerscensspektrene for Alexa488 og propidium iodide er vist i figur 8.<br />
A<br />
Figur 8: Absorpsjon- og fluorescens spektra for A) Alexa488 og B) propidium iodide<br />
Prosedyre for merking av cellene med Phalloidin Alexa 488 og propidium iodide<br />
Alexa 488 Phalloidin er et derivat som brukes til spesifikk merking av fibrillært actin. Phalloidin er<br />
en phallotoxin, isolert fra soppen Amanita phalloides. Dette toksinet har LD50 = 2 mg/kg når det ble<br />
injisert i mus. Mengdene som brukes i forbindelse med denne lab. øvingen er imidlertid svært liten<br />
(se Molecular Probes hjemmeside, www.probes.com). Bruk hansker.<br />
Stamløsning: 200 enheter/mL Alexa 488 Phalloidin i methanol (oppbevares ved -20 °C)<br />
1. Skyll cellene som gror i brønnene på objektglasset to ganger med 500μl forvarmet PBS, pH 7.4<br />
(PBS: phosphate - buffered saline)<br />
2. Fikser cellene i 500μl 4 % formaldehyde i PBS med 2% sukrose i 10 min ved romtemperatur<br />
3. Skyll cellene en gang med 500μl PBS.<br />
4. Permeabiliser plasmamembranen ved å tilsette 500μl HEPES-triton buffer i 5 min. Bufferen<br />
består av 20 mM HEPES, 300 mM sukrose, 3 mM MgCl2, 50 mM NaCl, og 0.5% Triton x-100.<br />
5. Farg aktin i cellene ved å tilsette 500 μl Alexa 488 til de to brønnene der aktinfilamentet skal<br />
farges. Stamløsningen av Alexa488 Phalloidin er fortynnet 40 x i PBS tilsatt 1% bovint serum<br />
albumin. Inkuber i 20 min ved romtemperatur. Dekk til slik at fordamping minimaliseres.<br />
6. Til brønnene som ikke skal farges med Alexa488Phalloidin tilsettes 500μl PBS med 1% bovint<br />
serum albumin.<br />
7. Skyll to ganger med 500μl PBS.<br />
8. Fjern RNA da propidium iodide også binder seg til RNA, ved å tilsette 500μl 100 μg/ml RNase.<br />
Inkuberes i 30 min ved romtemperatur<br />
9<br />
B
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
9. Skyll en gang med 500 μl PBS<br />
10. Farg DNA ved å tilsette 500 μl propiudium iodide til de to brønnene med celler som skal farges<br />
med både Alexa og propidium iodide, og kun propidium iodide. Inkuber i 15 min.<br />
11. Skyll med 500μl PBS 2 ganger.<br />
12. Monter objektglasset ved å tilsette en dråpe Vektashield. Dette er et monteringsmiddel tilsatt et<br />
stoff som skal redusere blekingen (ødeleggelse) av fluorokromene.<br />
B. Demonstrasjon av ulike fargede preparat<br />
Fluorescens og konfokal laser scanning mikroskopet vil bli gjennomgått. Ulike preparat vil bli<br />
demonstrert:<br />
- DNA og reparasjonsenzymet Uracil-DNA glycosylase i kjernen og i mitokondria<br />
- plasmamembranproteiner<br />
- penetrasjon av antistoffer i multicellulære sfæroider<br />
- collagen og hyaluronsyre i ekstracellulær matrix<br />
- aktinfilament og fokalpunkter<br />
- endotelceller som danner blodåreveggen i vev<br />
C. Mikroskopering av fargede celler<br />
1. Gjør deg kjent med mikroskopet, og finn de ulike delene som benyttes ved innstilling for<br />
gjennomlys, fluorescensmikroskopi, og konfokal laser scanning mikroskopi. Benytt 60 x<br />
oljeimmersjonsobjektiv<br />
2. Sett inn filterblokker som eksiterer og detekterer hhv Alexa488 og propidium iodide foran<br />
fotomultiplikatorørene (figur 9). Benytt filterblokkene BHS: eksitasjon 488 nm, dikromatisk<br />
filter 510 nm, langpass filter 515 nm og A2 som separerer fluorescenslyset inn på de to<br />
fotomultiplikatorene: dikromatisk filter 565 nm, langpassfilter 600nm foran PMT1 og<br />
båndpassfilter BP525-555 foran PMT2. Sjekk hvordan det passer med absorpsjons- og<br />
emisjonsspektrene for fargestoffene.<br />
PMT 2<br />
Alexa<br />
Argon laser<br />
488nm<br />
514 nm<br />
BP<br />
525-555<br />
PMT1<br />
Propidium<br />
iodide<br />
10<br />
LP 600 nm<br />
Dicromatisk filter 565 nm<br />
LP 515 nm<br />
Dicromatisk filter 510 nm<br />
Prøve<br />
Figur 9: Filter for<br />
eksitasjon og emisjon av<br />
propidium iodide og<br />
Alexa488Phalloidin
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
3. Gjør deg kjent med programmet COMOS som skal benyttes for å ta bilder.<br />
4. Fokuser på celler med gjennomlys. Innstill spenningen over fotomultiplikatorrørene (gain) slik<br />
at hele gråtoneskalaen blir utnyttet (ønsker ikke metning av fluorescensintensiteten). Benytt så<br />
lav åpning på blenderen foran detektorene som praktisk mulig for å få et godt fluorescenssignal.<br />
Innstillingen for PMT1 bestemmes ved å benytte cellene farget med bare propidium iodide.<br />
Innstillingen for PMT2 bestemmes ved å benytte cellene farget med bare Alexa488Phalloidin.<br />
5. Ta bilder av celler i alle fire brønnene. Benytt innstillingen bestemt over. Juster z-posisjon<br />
(langs optisk akse/dybde i cellen) for å få optimalt bilde.<br />
6. Lagre bildene på harddisken C:\COMOS\cellebio\<br />
D. Bildeanalyse<br />
1. Linjeprofil som angir fluorescens intensitet som funksjon av diameter i cellen framstilles med<br />
programvaren COMOS. Bruk komandoene: Enhance. Length\profile<br />
2. Histogram som angir antall pixler som funksjon av fluorescensintensitet framstilles med<br />
programvaren COMOS. Bruk komandoene: Enhance. Histogram<br />
3. Skriv ut bilder av celler farget med 1) bare phalloidin Alexa488, 2) bare propidium iodide, 3)<br />
begge fargestoffene. Benytt et bildeanalyseprogram for eksempel Adobe photoshop,<br />
PhotoPaint, eller et annet bildeanalyseprogram dere har tilgang til. Hvis dere velger Adobe<br />
photoshop er framgangsmåten:<br />
a) åpne filene med format pic med kommandoen Open as….<br />
Angi og file format: RAW<br />
Raw optins:<br />
Width 768, Hight 512, Channel 1, Header 76. 8 bit<br />
Specified image is smaller than file. Open anyway? Yes<br />
b) Legg farge på bildet<br />
Bruk kommandoen Image. Mode. RGB color<br />
Legg først farge på aktinbildet. Markere dette bildet ved å bruke knappen markert med rektangel<br />
(rectangular marquee tool) øverst til venstre. Legg på farge ved funkjonene:<br />
Image. Adjust Color balance (velg f.eks rødt for aktin, og grønt for DNA)<br />
Image Adjust Brightness/contrast (juster nå fargen og kontrasten i bildene)<br />
Image. Adjust Hue/Saturation<br />
Legg deretter farge på DNA bildet på samme måten.<br />
c) Legg aktin og DNA fargede bilder oppå hverandre<br />
Se under help: copying selections or layers. To pase one selection into another<br />
Kort fortalt gjøre det slik:<br />
- Marker Alexa488cellene du vil kopiere. Bruk knappen markert med rektangel (rectangular<br />
marquee tool) øverst til venstre<br />
- Klikk copy<br />
- Gå til bilde av propidium iodide farget celler<br />
- Klikk Edit. Paste into (NB bruk paste into, ikke bare paste)<br />
- Nå vil propidium iodide farget celle ligge oppå Alexa488 farget og skjule denne.<br />
11
Fag SIF 4070 Cellebiologi, vår2001 Labøving nr. 3: Fluorescensmikroskopi<br />
- Klikk Layers ”palette” (til høyre) og klikk Opacity. Juster Opacity inntil du ser begge fargene<br />
slik du synes er best.<br />
- Dersom ikke de to cellene ligger helt oppå hverandre justeres det med knappen markert med<br />
kors (move tool)øverst til høyre i panelet til venstre.<br />
RAPPORT<br />
1. Skriv ut bilder av celler kun farget med 1) bare phalloidin Alexa488, 2)bare propidium iodide,<br />
og 3) begge fargestoffene. Beskriv fargingen av cellene.<br />
2. Beskriv en linjeprofil (fluorescensintensitet som funksjon av diameter i cellen) for celler farget<br />
med 1) phalloidin Alexa488 og 2) propidium iodide . Lag en skisse<br />
3. Beskriv et histogram (antall pixler som funksjon av fluorescensintensitet) for celler farget med<br />
1) phalloidin Alexa488 og 2) propidium iodide. Lag en skisse<br />
4. Ble phalloidin Alexa488 detektert i fotomultiplikatoren for propidium iodide og vice versa?<br />
Diskuter hva dette eventuelt kan skyldes.<br />
5. Anta at dere skal benytte fargestoffet Hoechst33258 for å farge DNA, kombinert med Alexa488<br />
phalloidin for å farge fibillært aktin. Angi hvilke laserbølgelengder dere vil benytte for å<br />
eksitere de to fargestoffene, og med hvilke filtere emisjonspekterene skal separeres. Velg<br />
eksitasjonsbølgelengder og emisjonsfiltere uavhengig av hva som er tilgjengelig på<br />
konfokalmikroskopet dere brukte. Benytt nettsiden til firmaet Molecular Probes:<br />
http://www.probes.com/ for få nødvendig informasjon om eksitasjon og emisjon av fargestoffet<br />
Hoechst33258. Lag en skisse som viser filterkombinasjonen tilsvarende som figur 9.<br />
Rapporten kan skrives av to og to eller hele gruppen på 6, avhengig av hva som er mest praktisk.<br />
12