著者は、原稿上のコメントジェフリー·ファレル、ジェームズガニオン、そしてジェニファーバーグマンに感謝したいと思います。 KWRはFDAPアッセイの開発中に国立科学財団大学院研究フェローシッププログラムによってサポートされていました。この作品は、AFSへとPMにドイツ研究財団（エミー·ネータープログラム）、マックス·プランク協会、とヒューマン·フロンティア·サイエンス·プログラム（キャリア開発賞）からの補助金によってNIHからの助成金によってサポートされていました。

1. Photoconvertible融合構築し、ジェクトする絨毛膜を​​除去ゼブラフィッシュ胚の生成<ol><li>ミュラーらのように、融合タンパク質をコードするキャップされたmRNAを生成するために、インビトロ転写を使用し、その後、（説明を参照）緑色〜赤色photoconvertibleタンパク質に融合された関心対象のタンパク質を含有する機能性構築物を生成する。、2012 19。 </li><li> 1細胞期で約30ゼブラフィッシュ胚から絨毛膜を除去するためのプロナーゼを使用してください。あるいは、手動で鉗子28を使用して胚をdechorionate。 注：胚は、その後の画像化のために絨毛膜を除去する必要があります。所望ならば、胚は、撮像直前に、後で絨毛膜を通して注入及び絨毛膜を除去することができる。 <ol><li>標準のゼブラフィッシュ胚培地19中でストレプトミセス·グリセウスからプロナーゼの5mg / mlのストック溶液を作る。プロテアーゼを溶解させるために室温で10分間静かに解決策を揺する。アリコート2メートル-20℃でマイクロチューブにLと凍結。 </li><li> 〜8ミリリットル胚培地を含む直径5cmのガラスまたはアガロースでコーティングされたプラスチック製のペトリ皿に移し1細胞期胚。皿に解凍したプロナーゼ原液の2ミリリットルを追加し、5から10分間、室温でインキュベートする。 </li><li>絨毛膜を除去胚が破裂する原因となりますのいずれかとの接点として、空気やプラスチックに胚を近づけないようにしてください。胚培地で200ミリリットルのガラスビーカーを埋める。媒体中に沈めながら、シャーレを傾けてビーカーに胚を転送します。 </li><li>胚がビーカーの底に沈殿した後、その後ビーカーに新鮮胚培地を注ぐ、胚培地のほとんどを注ぐ。ビーカーに注ぐ媒体の穏やかな旋回は、胚は彼らの弱体化絨毛膜を失うことになります。 </li><li>手順を繰り返し1.2.4。 </li></ol></li><li>フレームド先端がガラスパスツールピペットを用いてアガロースでコーティングされた注射ディッシュ29に絨毛膜を除去した胚を転送します。燃えるようなピペットチップは、負傷の胚からぎざ​​ぎざのエッジを防ぎます。 </li><li> mRNA及び3 kDaのAlexa488標識デキストランコンジュ29,30（;提案されたmRNAとのAlexa488デキストラン金額についての議論を参照してください。図1B）を共同注入する。切断が開始されるとさえmRNAの分布及び蛍光色素を確実にするために、細胞（卵黄ない）の中心に直接注入する。 注：Alexa488標識シグナルは、細胞内および細胞外の蛍光を区別するために、コンパートメントのマスクを生成するために、データ解析中に使用される。 </li><li>転送は、1〜2％アガロースでコーティングされたウェルの胚培地で満たされた6ウェルプラスチック皿に胚を注入した。胚が後半球ステージ31（約5時間後に受精）に到達するまで28℃の暗所でインキュベートする。実体顕微鏡下で胚ごとに1〜2時間をチェックして、死亡した胚によって生成された破片を除去。 </li></ol> P 2.取付ゼブラフィッシュ胚倒立共焦点顕微鏡上hotoconversionとイメージング<ol><li>一から五健全な胚を特定し、皿からそれらを削除するフレームド先端にガラスパスツールピペットを使用するために実体顕微鏡を使用してください。 </li><li>穏やかに1×Danieauの胚培地中で溶融し、1％低融点アガロース（材料リストを参照のこと）（ 図2A）の約1 mlを含むマイクロ遠心チューブに胚を取り出す。 注：アガロースを40と42℃の間の温度を有するべきである。より高い温度は、胚を損傷する恐れがあります。 </li><li>いくつかのアガロースと一緒に戻ってピペットに胚を描画します。静かにグラスボトムディッシュ（ 図2B）のカバーガラス上にアガロースおよび胚を取り出してください。カバーガラスの厚さは共焦点顕微鏡上の目的と互換性があることを確認してください。 <ol><li>必要に応じて、ガラスピペットを再利用。ピペットの外に残留アガロースをきれいにし、上下にすばやく目詰まり、ピペット胚培地を防ぐために。この目的のための実体顕微鏡の隣にある胚培地の〜5ミリリットルで満たされた15ミリリットルチューブを置きます。 </li></ol></li><li>動物極（胚盤葉）はカバーガラスに対向するように胚を位置決めする金属プローブを使用する。アガロースは20〜30秒で固化するので、すぐに作業。胚のポジションを監視し、アガロースが硬化するまで、必要に応じて再調整する実体顕微鏡を使用してください。 </li><li>胚の所望の数がマウントされるまで繰り返します2.1から2.4を繰り返します。 注：典型的な実験において、4つ、または5つの胚をそれぞれ含む4アガロース滴をカバーガラス上に容易に収まる。約16の胚を単理想的実験（ 図2C）中に撮像することができる。 </li><li>アガロースが固化した場合には、1X Danieauの胚培地とガラスボトムディッシュを埋める。 </li></ol> 3. PhotoconvertingとPhotoconverted信号の減少を測定する 25Xまたは40X水客観Iゼブラフィッシュ胚の大きさ及び屈折率の適切な秒。水は5時間の実験中に蒸発するので、それは、水ではなく、実際の水と同じ屈折率液浸油を使用するのが最適です。イマージョンオイルを水（しない油）目的で使用するように設計されていることを確認。 <ol><li>対物レンズとカバーガラスとの間に油膜がイメージング中に異なる胚の位置にステージを移動するように破壊しないことを確実にする目的に液浸油の大滴を置く。ステージが移動したときの皿がずれないように、確実に、ステージ上にガラスボトムディッシュを置く。可能な場合は、28℃、ゼブラフィッシュの開発に最適な温度で加熱されたステージを使用しています。 </li><li>共焦点顕微鏡のソフトウェアパッケージ内の各胚の位置を定義します。各胚のためのZ深度を調整し、各胚にほぼ同じ平面をターゲットにしようとします。 注：約30μm動物極からは、外出先でこの深さで、胚の被覆層を回避することができるので、外径の深さは、撮像領域が最大化され、光の散乱は最小である。 〜3.3ミクロンの厚さの単一の光スライスは十分なデータを提供します。 zスタック（セクション5を参照）を取得する必要はない。 </li><li>実験中に2つの信号を収集する：Alexa488標識デキストラン共役がphotoconvertedされた後の融合タンパク質からの細胞外および細胞内の蛍光及び「赤」信号を分離するために、データ解析中に使用されるから「グリーン」信号を出力する。 <ol><li> 488nmレーザーを使用してAlexa488エキサイト、および〜500と540nmの間で放出される蛍光を収集します。注：光変換した後、多くの緑色〜赤色photoconvertibleタンパク質（ 例えば 、Dendra2）は、543 nmのレーザーで励起すると、〜550〜650nmの蛍光を発することができる。使用photoconvertibleタンパク質に基づいて、必要に応じて調整します。 </li></ol></li><li>取得する「事前光変換「イメージ、および（5節を参照してください5時間の時間のコースに適した撮像条件と（ステップ3.2から）以前に定義された位置の各々ごとに10または20分間の映像に共焦点顕微鏡のソフトウェアを設定し、 考察）。 </li><li> 、融合タンパク質をphotoconvert 10X対物レンズに切り替えて、2分間100％出力で〜300-400 nmの励起フィルターとの水銀アークランプからのUV光に胚のグループを露出させる。 （セクション5を参照）均一の光変換を促進するためのz軸に沿って焦点を移す。液浸油は、光変換時の10倍の目的上に滴り落ちていないことを確認してください。 注：光変換時のフォーカスの移動は実験者の間で変動性を回避するために自動化することができる。 </li><li>すぐに光変換した後25Xや40X客観的に切り替えます。ステップ3.2から以前に定義された位置は正確であることを確認してください。料理はphotoconv中にシフトした場合ERSION、胚の位置を再定義します。 <ol><li>ステップ3.4で作成したプログラムを起動し、イメージングは​​5時間続けることができる。光変換し、各胚のために撮影開始の間の経過時間に注意してください。 </li></ol></li><li>時折実験に確認してください。 Danieauの媒体のレベルを監視し、必要に応じてさら​​に追加する。それが失速している場合は、ソフトウェアを再起動します。 </li><li>指数関数的に減少するモデルの漸近線を推定するデータ解析中に使用されるバックグラウンドの蛍光値を決定するために、実験にAlexa488標識デキストランはなく、mRNAを注入されたいくつかの胚を含む。また、その後のデータ解析中に使用される装置のノイズを決定するために、サンプルの非存在下での画像を取得する。 </li></ol> 4. PyFDAPを使用したデータの分析<ol><li>視覚的に各胚からの時間経過データセットを検査します。虚部中に死亡した胚からのデータセットを破棄photoconverted信号の非常に低いレベルを持っている、またはそれは珍しい見て、移動すると、（負傷または病気の胚の典型的な）で除停止した細胞の領域を含む大幅にシフトしたING、、。 注：時々、液浸油中の気泡またはその他のアーチファクトがそうでなければ、使用可能なデータ·セットに1つまたは2つの画像に表示されます。アーティファクトを含むすべての画像を注意してください。彼らは、後に破棄され、そのようなデータセットからの残りの時点では、まだ分析することができる。 </li><li> FDAPデータを分析するPythonベースのソフトウェアパッケージPyFDAPを使用してください。 PyFDAPは、各画像の平均細胞内および細胞外の赤色蛍光強度を測定し、指数関数的に減少する関数56（ 図3）を使用してデータをフィッティングすることにより半減期を算出する。 <ol><li> PyFDAPをダウンロード（見る マテリアルリスト）。 </li><li>細胞内および細胞外photoconverted信号（ 図3A、B）を分離するPyFDAP使用。私達細胞内のマスクを作成するために、厳密に細胞内でのAlexa488信号を、メール。平均外強度を計算する際に考慮されてからの細胞内のピクセルを防止するために、対応する赤色チャンネル画像にこのマスクを適用します。平均細胞内の強度を測定するために、マスクを反転。 </li><li> PyFDAPでは、ステップ4.2.2で生成されたマスクされた画像を表示する。視覚的にこれらの画像を検査し、マスクが正確に細胞外空間から細胞内（これは稀であるべきで区別しないでデータセットを破棄し、その細胞膜は、細胞外空間がマスクされた画像に含まれることに注意し、それらは、閾値を変化させることによって除去することができアルゴリズムまたはメンブレンマスクを導入することにより（ 例えば 、用いた膜-CFP））。また、ステップ4.1で識別された成果物（ 例えば 、浸漬油中の気泡）を含む任意の単一のイメージを捨てる。 </li><li> EACの平均外および細胞内の蛍光強度を計算するPyFDAPを使用H画像。 PyFDAPが合計の総画素数で除算マスクの外側にある画素の強度を合計することによって、これらの平均値を算出する。 </li><li>以下の指数関数との蛍光データ（ 図3C）を取り付け： <img fo:content-width="1in" src="/files/ftp_upload/52266/52266eq1.jpg" width="159" /> tは時間後の光変換であり、C（t）は、tの任意の値での強度であり、c 0はを t = 0での強度であり、kは一定のクリアランス速度であり、y 0は、関数が蛍光として近づく漸近線である減少した（ 図1D）。Y 0は、ステップ3.8 19における測定結果に基づいて制約することができる。 </li><li>以下の関係を用いてクリアランス速度定数（k）をから細胞外および細胞内タンパク質の半減期（τ）を計算するために使用PyFDAP。 <img fo:contENT-幅= &quot;1インチ&quot; SRC = &quot;/ファイル/ ftp_upload / 52266 / 52266eq2.jpg&quot;幅= &quot;153&quot; /&gt; </li></ol></li></ol>退色、不注意による光変換、および光変換均一性を評価するために5.制御実験<ol><li>評価退色 注：光退色は、目的のタンパク質のクリアランスに加えて、蛍光タンパク質の漂白特性を反映した蛍光強度のアーティファクトの減少を引き起こす可能性がある。 <ol><li>可能な光退色を評価するために、撮像と撮像の間に20分間隔（ 図4）を有する第二の組の間に10分間隔でFDAPの一組の実験を行う。第4節で説明したようにPyFDAPを用いた実験の両方のセットからのデータを分析します。 </li><li> 10と20分間隔実験から半減期を比較してください。長い半減期20分間隔の実験からは、重要な光退色を示している。両実験からの半減期が同一である場合、photobleachingは重要な問題ではない。 </li><li>あるいは、すぐに光変換した後〜30一連の画像を取得することにより退色評価する。蛍光強度の有意な減少が有意な光退色を示している。 </li><li>退色が検出された場合、より低いレーザーパワーを使用する撮像時間を減少させる、またはそれ以上の光安定photoconvertibleタンパク質32の使用を検討してください。 </li></ol></li><li>不注意な光変換を評価する。 注：Dendra2は488nmの照明27を用いphotoconvertedすることができる。 488nmレーザーで励起のAlexa488、目的のタンパク質の見かけの半減期段階3.3.1、不注意光変換ので、人為的な増加で説明するように、可能な場合である。しかし、我々は、他の33は、488nmの照明は、ゼブラフィッシュ胚における光変換の非効率的な方法であることを見出した。 <ol><li>不注意な光変換を検出するために、ステップ5.1.1で説明した対照実験を使用して。 10と20分間隔実験から半減期を比較してください。 20分間隔の実験から、より短い半減期は大幅な不注意光変換を示している。両方の実験からの半減期が同一である場合には、不注意による光変換は重要な問題ではない。 </li><li>不慮の光変換が検出された場合、誤ってDendra2をphotoconverting避けるために、下部488のレーザパワーより短い撮像時間を使用する。 </li></ol></li><li>光変換均一性を評価する。 注：光変換胚の動物極に向かって付勢されている場合、蛍光の減少は、より深い面（ 図5A）へのタンパク質の拡散または細胞運動によって影響される。 <ol><li>光変換が均一であるかどうかを判断するには、（細胞外融合タンパク質を用いた実験のために）分泌さphotoconvertibleタンパク質または（細胞内の融合タンパク質を用いた実験のために）細胞質photoconvertibleタンパク質を発現する。いつものようにPhotoconvert、T鶏を80分間、20分毎に、胚盤葉のほとんどを包含するzスタックを取得する。 </li><li>光変換は、動物極に向かって付勢されている場合は、より深い面での蛍光強度は、拡散または細胞運動（ 図5B）に経時的に増加します。不均一な光変換が検出された場合、光変換の間、胚に深い焦点を当てる。 </li></ol></li></ol>

著者らは、開示する競合がない。

FDAP実験の成功は、機能的なphotoconvertible融合タンパク質の生成に依存している。タンパク質をタグ付けすると、その局在性、溶解性、および安定性36-41を含む、その生物学的活性および/ ​​または生物物理学的特性に影響を与えることができる。アクティブなものを見つけるために、いくつかの異なる融合構築物の活性を試験するために調製すること。本発明者らは、目的のタンパ?...

細胞および生物中のタンパク質のレベルは、製造及びクリアランス形成速度によって決定される。タンパク質半減期は数分から数日1-4の範囲とすることができる。多くの生物学的システムでは、重要なタンパク質の安定化またはクリアランスは、細胞活性に重要な影響を有している。細胞内のタンパク質の安定性の調節は、細胞周期の進行5,6、発達シグナリング7-9、アポトーシス10、および正常な機能およびニューロン11,12の維持に必要である。細胞外タンパク質の安定性は、組織内のモルフォゲン13,14、などの分泌タンパク質の分布と可用性に影響を与えます。 過去数十年にわたって、タンパク質の安定性は、主に放射パルス標識またはシクロヘキシミドチェイス実験15を使用して、細胞培養において評価されている。このようなパルスチェイス実験において、細胞を一過放射性アミノ酸の「パルス」に露出されている新たに合成されたタンパク質に組み込まれているか、又はそれらは、タンパク質合成を阻害するシクロヘキシミド、にさらされている酸前駆体。培養された細胞は、その後の異なる時点で、そしていずれかの免疫沈降は、（放射パルスチェイス実験において）、続いてオートラジオグラフィーまたはウェスタンブロッティング（シクロヘキシミド実験で）収集され、経時的タンパク質のクリアランスを定量化するために使用される。 従来のタンパク質安定性アッセイは、いくつかの欠点を有する。まず、これらのアッセイにおけるタンパク質は、しばしば、それらの内因性の環境において発現されるのではなく、異なる種由来の細胞組織培養において、時には。その安定性はコンテキスト依存であるタンパク質については、このアプローチには問題がある。第二に、時間をかけて、個々の細胞または生物におけるタンパク質のクリアランスに追従することができず、これらのアッセイからのデータは、異なる時点で細胞の異なる集団の平均を反映している。個々の細胞が開始している可能性があるのでタンパク質の異なる量、異なる時間に放射性標識またはシクロヘキシミドを取り上げてもよいし、異なるクリアランス速度を有していてもよく、そのような集計データは誤解を招く可能性がある。最後に、シクロヘキシミドチェイス実験の場合、タンパク質合成阻害剤の添加は、人為的にタンパク質の安定性16-18を変えることができ、意図しない生理学的効果を有することができる。これらの欠点は、光変換（FDAP）後に蛍光減衰を使用して（FDAP技術の限界のための説明を参照）、生物19-25で動的にタンパク質クリアランスを測定するためにphotoconvertibleタンパク質を利用して技術を避けることができる。 Photoconvertibleタンパク質は、その励起および発光特性は、光26の特定の波長に暴露された後に変更蛍光タンパク質である。 1つの一般的に使用される変形はDendra2、最初にEXを持つ「グリーン·ツー·赤」photoconvertibleタンパク質である緑色蛍光タンパク質と同様の引用及び発光特性が、UV光- 「光変換」 -そのへの曝露後に、励起/発光特性は、赤色蛍光タンパク質23,27と同様になる。重要なことは、光変換後に生成新しいタンパク質はphotoconvertedタンパク質の唯一のプールの光変換時の生産とクリアランスのデカップリングと観察を可能にphotoconvertedタンパク質と同じ励起/発光特性を持っていません。 photoconvertibleタンパク質と目的のタンパク質にタグを付けるため、そのまま、光学的にアクセス可能な生物中のタンパク質ラベルのパルスに便利な方法を提供します。 FDAPアッセイ（ 図1A）において、目的タンパク質はphotoconvertibleタンパク質でタグ付けされ、生体（ 図1B）で表さ。融合タンパク質はphotoconvertedされ、経時photoconvertedシグナルの減少はfluorescenによって監視されているCE顕微鏡（ 図1C）。データは、その後、融合タンパク質（ 図1D）の半減期を決定するために適切なモデルが取り付けられている。 ここで説明FDAPアッセイは、初期胚発生19時のゼブラフィッシュ胚における分泌されたシグナル伝達タンパク質の細胞外半減期を決定するために設計されました。しかし、このアプローチは、ライブイメージングを許容し、かつ任意のタグ付け、細胞内または細胞外タンパク質のクリアランスを監視するために使用することができる任意の透明なモデル生物に適合させることができる。ここに記載の技術の変形は、培養細胞20,23およびショウジョウバエ 22及びマウス21胚で行われている。

<table><tbody><tr><td>PyFDAP (download from the following website: http://people.tuebingen.mpg.de/mueller-lab)</td><td></td><td></td><td>Install and operate using the instructions provided on the PyFDAP website; PyFDAP is compatible with Linux, Mac, and Windows operating systems.</td></tr><tr><td>mMessage mMachine Sp6 Transcription Kit</td><td>Life Technologies</td><td>AM1340</td><td>To generate capped mRNA for injection into embryos</td></tr><tr><td>Alexa488-dextran conjugate, 3 kDa</td><td>Life Technologies</td><td>D34682</td><td>Co-inject with mRNA to create intracellular and extracellular masks</td></tr><tr><td>6-well plastic dish</td><td>BD Falcon</td><td></td><td>Incubate embryos in agarose-coated wells until ready for mounting</td></tr><tr><td>Embryo medium</td><td></td><td></td><td>250 mg/L Instant Ocean salt, 1&amp;nbsp;mg/L methylene blue in reverse osmosis water adjusted to pH 7 with NaHCO&lt;sub&gt;3&lt;/sub&gt;</td></tr><tr><td>Protease from &lt;em&gt;Streptomyces griseus&lt;/em&gt;</td><td>Sigma</td><td>P5147</td><td>Make a 5 mg/ml stock and use at 1&amp;nbsp;mg/ml to dechorionate embryos at the one-cell stage</td></tr><tr><td>5 cm diameter glass Petri dish</td><td></td><td></td><td>For embryo dechorionation</td></tr><tr><td>200 ml glass beaker</td><td></td><td></td><td>For embryo dechorionation</td></tr><tr><td>Microinjection apparatus</td><td></td><td></td><td>For injection of mRNA and dye into embryos at the one-cell stage</td></tr><tr><td>Stereomicroscope</td><td></td><td></td><td>For injecting and mounting embryos</td></tr><tr><td>1x Danieau&#039;s medium</td><td></td><td></td><td>Dilute low melting point agarose and perform imaging in this medium; recipe: 0.2 mm filtered solution of 58 mM NaCl, 0.7 mM KCl, 0.4 mM MgSO&lt;sub&gt;4&lt;/sub&gt;, 0.3 mM CaCl&lt;sub&gt;2&lt;/sub&gt;, 5&amp;nbsp;mM HEPES pH 7.2</td></tr><tr><td>UltraPure low melting point agarose</td><td>Invitrogen</td><td>16520-100</td><td>For mounting embryos; use at a concentration of 1% in Danieau&#039;s medium: add 200 mg to 20 ml Danieau&#039;s medium, microwave until dissolved, then aliquot 1&amp;nbsp;ml into microcentrifuge tubes; aliquots can be stored at 4 &amp;deg;C, re-melted at 70&amp;nbsp;&amp;deg;C, and cooled to 40&amp;#8211;42 &amp;deg;C when ready to use</td></tr><tr><td>Glass Pasteur pipette</td><td>Kimble Chase (via Fisher)</td><td>63A53WT</td><td>For mounting embryos; flame the tip to prevent jagged edges from injuring embryos</td></tr><tr><td>Metal probe</td><td></td><td></td><td>For positioning embryos during mounting</td></tr><tr><td>Glass bottom dishes</td><td>MatTek</td><td>P35G-1.5-14-C</td><td>Use the appropriate cover glass thickness for your objective; part number listed here is for cover glass No. 1.5</td></tr><tr><td>15 ml tube filled with ~5 ml embryo medium</td><td>BD Falcon</td><td></td><td>For rinsing residual agarose from the Pasteur pipette</td></tr><tr><td>Inverted laser scanning confocal microscope</td><td></td><td></td><td>A mercury arc lamp, 488&amp;nbsp;nm laser, 543 nm laser, and the appropriate filter sets are required</td></tr><tr><td>Heated stage</td><td></td><td></td><td>To maintain embryos at the optimal temperature of 28 &amp;deg;C during the experiment</td></tr><tr><td>Confocal software capable of time-lapse imaging</td><td></td><td></td><td>Must be able to define multiple positions and automatically image them at defined intervals&amp;nbsp;</td></tr><tr><td>25X or 40X water objective</td><td></td><td></td><td>Objective for imaging</td></tr><tr><td>10X air objective</td><td></td><td></td><td>Objective for photoconversion</td></tr><tr><td>Immersion oil</td><td></td><td></td><td>Immersion oil with the same refractive index as water</td></tr></tbody></table>

measuring protein stability in living zebrafish embryos using fluorescence decay after photoconversion (fdap)

タンパク質の安定性は、生物学の多くの側面に影響を与える、タンパク質のクリアランス速度を測定することは、生物学的システムへの重要な洞察を提供することができる。 FDAP実験では、生物内のタンパク質のクリアランスを測定することができる。目的のタンパク質は、photoconvertible蛍光タンパク質でタグ付けされ、インビボで発現され、photoconverted、経時photoconvertedシグナルの減少がモニターされる。データは、その後、タンパク質の半減期を決定するための適切なクリアランスモデルが取り付けられている。重要なのは、生物の異なる区画におけるタンパク質の集団のクリアランス動態コンパートメントマスクを適用することによって、別々に検査することができる。このアプローチは、ゼブラフィッシュの開発中に分泌されたシグナル伝達タンパク質の細胞内および細胞外の半減期を決定するために使用されてきた。ここでは、ゼブラフィッシュ胚におけるFDAP実験のためのプロトコルについて説明します。それのクリアランス速度を決定するFDAPを使用することが可能であるべきであるすべての光学的にアクセス可能な生物内の任意のタグ付けタンパク質。

FDAPはゼブラフィッシュ胚19における細胞外シグナル伝達タンパク質の半減期を決定するために使用されてきた。これらのタンパク質のいずれか、スクイントは、胚形成34中胚葉遺伝子の発現を誘導する。目を細め-Dendra2は定量RT-PCRによっておよびin situハイブリダイゼーションアッセイ19 で示したように 、タグの付いていない目を細め同様のレベル...

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Measuring Protein Stability in Living Zebrafish Embryos Using Fluorescence Decay After Photoconversion FDAP

細胞および組織中のタンパク質レベルは、多くの場合、緊密にタンパク質産生及びクリアランスのバランスによって調節される。光変換した後、蛍光減衰（FDAP）を使用して、タンパク質のクリアランス速度は、実験的にin vivoで測定することができる。

光変換後の蛍光減衰を使用して生活ゼブラフィッシュ胚におけるタンパク質の安定性の測定（FDAP）

Protein stability influences many aspects of biology, and measuring the clearance kinetics of proteins can provide important insights into biological ...

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Universidad de Cartagena UDEC

Research

JoVE Journal

Developmental Biology

Measuring Protein Stability in Living Zebrafish Embryos Using Fluorescence Decay After Photoconversion (FDAP)

11.2K ビュー.  Harvard University. 細胞および組織中のタンパク質レベルは、多くの場合、緊密にタンパク質産生及びクリアランスのバランスによって調節される。光変換した後、蛍光減衰（FDAP）を使用して、タンパク質のクリアランス速度は、実験的にin vivoで測定することができる。 

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Tracking Cells in GFP-transgenic Zebrafish Using the Photoconvertible PSmOrange System

The rapid development of transparent zebrafish embryos (Danio rerio) in combination with fluorescent labelings of cells and tissues allows visualizing developmental processes as they happen in the living animal. Cells of interest can be labeled by using a tissue specific promoter to drive the expression of a fluorescent protein (FP) for the generation of transgenic lines. Using fluorescent photoconvertible proteins for this purpose additionally allows to precisely follow defined structures within the expression domain. Illuminating the protein in the region of interest, changes its emission spectrum and highlights a particular cell or cell cluster leaving other transgenic cells in their original color. A major limitation is the lack of known promoters for a large number of tissues in the zebrafish. Conversely, gene- and enhancer trap screens have generated enormous transgenic resources discretely labeling literally all embryonic structures mostly with GFP or to a lesser extend red or yellow FPs. An approach to follow defined structures in such transgenic backgrounds would be to additionally introduce a ubiquitous photoconvertible protein, which could be converted in the cell(s) of interest. However, the photoconvertible proteins available involve a green and/or less frequently a red emission state1 and can therefore often not be used to track cells in the FP-background of existing transgenic lines. To circumvent this problem, we have established the PSmOrange system for the zebrafish2,3. Simple microinjection of synthetic mRNA encoding a nuclear form of this protein labels all cell nuclei with orange/red fluorescence. Upon targeted photoconversion of the protein, it switches its emission spectrum to far red. The quantum efficiency and stability of the protein makes PSmOrange a superb cell-tracking tool for zebrafish and possibly other teleost species.

We established the photoconvertible PSmOrange system as a powerful, straight-forward and cost inexpensive tool for in vivo cell tracking in GFP transgenic backgrounds. This protocol describes its application in the zebrafish model system.

Photoconvertible PSmOrangeシステムを用いたGFPトランスジェニックゼブラフィッシュで細胞を追跡

The rapid development of transparent zebrafish embryos (Danio rerio) in combination with fluorescent labelings of cells and tissues allows visualizing ...

発生生物学

Observing Mitotic Division and Dynamics in a Live Zebrafish Embryo

Mitosis is critical for organismal growth and differentiation. The process is highly dynamic and requires ordered events to accomplish proper chromatin condensation, microtubule-kinetochore attachment, chromosome segregation, and cytokinesis in a small time frame. Errors in the delicate process can result in human disease, including birth defects and cancer. Traditional approaches investigating human mitotic disease states often rely on cell culture systems, which lack the natural physiology and developmental/tissue-specific context advantageous when studying human disease. This protocol overcomes many obstacles by providing a way to visualize, with high resolution, chromosome dynamics in a vertebrate system, the zebrafish. This protocol will detail an approach that can be used to obtain dynamic images of dividing cells, which include: in vitro transcription, zebrafish breeding/collecting, embryo embedding, and time-lapse imaging. Optimization and modifications of this protocol are also explored. Using H2A.F/Z-EGFP (labels chromatin) and mCherry-CAAX (labels cell membrane) mRNA-injected embryos, mitosis in AB wild-type, auroraBhi1045, and esco2hi2865 mutant zebrafish is visualized. High resolution live imaging in zebrafish allows one to observe multiple mitoses to statistically quantify mitotic defects and timing of mitotic progression. In addition, observation of qualitative aspects that define improper mitotic processes (i.e., congression defects, missegregation of chromosomes, etc.) and improper chromosomal outcomes (i.e., aneuploidy, polyploidy, micronuclei, etc.) are observed. This assay can be applied to the observation of tissue differentiation/development and is amenable to the use of mutant zebrafish and pharmacological agents. Visualization of how defects in mitosis lead to cancer and developmental disorders will greatly enhance understanding of the pathogenesis of disease.

Mitosis is critical to every living organism and defects often lead to cancer and developmental disorders. Using this imaging protocol and zebrafish as a model system, researchers can visualize mitosis in a live vertebrate organism and the multitude of defects that arise when mitotic processes are defective.

ライブゼブラフィッシュ胚における有糸分裂とダイナミクスを観察します

Mitosis is critical for organismal growth and differentiation. The process is highly dynamic and requires ordered events to accomplish proper chromatin ...

Single-cell Photoconversion in Living Intact Zebrafish

Animal and plant tissue is composed of distinct populations of cells. These cells interact over time to build and maintain the tissue and can cause disease when disrupted. Scientists have developed clever techniques to investigate characteristics and natural dynamics of these cells within intact tissue by expressing fluorescent proteins in subsets of cells. However, at times, experiments require more selected visualization of cells within the tissue, sometimes at the single-cell or population-of-cells manner. To achieve this and visualize single cells within a population of cells, scientists have utilized single-cell photoconversion of fluorescent proteins. To demonstrate this technique, we show here how to direct UV light to an Eos-expressing cell of interest in an intact, living zebrafish. We then image those photoconverted Eos+ cells 24 h later to determine how they changed in the tissue. We describe two techniques: single cell photoconversion and photoconversions of populations of cell. These techniques can be used to visualize cell-cell interactions, cell-fate and differentiation, and cell migrations, making it a technique that is applicable in numerous biological questions.

Here, we present a protocol to show how cell photoconversion is achieved through UV exposure to specific areas expressing the fluorescent protein, Eos, in living animals.

生活そのままゼブラフィッシュの単一セルの光電

Animal and plant tissue is composed of distinct populations of cells. These cells interact over time to build and maintain the tissue and can cause ...

<meta charset="utf8"></head><body>CRISPR/Cas9ノックインを用いたゼブラフィッシュ幼生の蛍光タンパク質標識

Fluorescence Labeling to Visualize Low-Expressed Proteins in Zebrafish

CRISPR/Cas9-mediated knock-in (KI) technology allows for easier fluorescent-protein tagging in zebrafish (Danio rerio), a preferred model organism for in vivo imaging due to its transparency during the early developmental stage. Here, we provide a detailed protocol for performing high-efficiency fluorescence gene KI, rapid screening for KI founders, and low-abundance protein tracing in zebrafish larvae, which will lay a critical foundation for subsequent physio-pathological studies in zebrafish. The current protocol includes complete steps for the sgRNA design for the gene of interest, sgRNA in vitro transcription, Cas9 mRNA in vitro transcription, in vivo sgRNA screen for the one with the highest efficiency, donor plasmid design and construction, microinjection in zebrafish larvae, KI founder screen and zebrafish live imaging. Critical steps, troubleshooting tips, quality control methods, and advantages and applications of this protocol are included and discussed. This protocol assures quick and accurate results at a low cost and has been validated by multiple trials.

<meta charset="utf8"></head><body>ゼブラフィッシュの低発現タンパク質を可視化するための蛍光標識

Here, we present a protocol to label proteins with a fluorescence protein tag in zebrafish larvae, a newly developed and modified in vivo system especially useful for visualizing low-abundance proteins in zebrafish.

ゼブラフィッシュの低発現タンパク質を可視化するための蛍光標識

CRISPR/Cas9-mediated knock-in (KI) technology allows for easier fluorescent-protein tagging in zebrafish (Danio rerio), a preferred model organism for in ...

遺伝学

Two-Photon-Based Photoactivation in Live Zebrafish Embryos

Photoactivation of target compounds in a living organism has proven a valuable approach to investigate various biological processes such as embryonic development, cellular signaling and adult physiology. In this respect, the use of multi-photon microscopy enables quantitative photoactivation of a given light responsive agent in deep tissues at a single cell resolution. As zebrafish embryos are optically transparent, their development can be monitored in vivo. These traits make the zebrafish a perfect model organism for controlling the activity of a variety of chemical agents and proteins by focused light. Here we describe the use of two-photon microscopy to induce the activation of chemically caged fluorescein, which in turn allows us to follow cell's destiny in live zebrafish embryos. We use embryos expressing a live genetic landmark (GFP) to locate and precisely target any cells of interest. This procedure can be similarly used for precise light induced activation of proteins, hormones, small molecules and other caged compounds.

Multiphoton microscopy allows control of low energy photons with deep optical penetration and reduced phototoxicity. We describe the use of this technology for live cell labeling in zebrafish embryos. This protocol can be readily adapted for photo-induction of various light-responsive molecules.

ライブゼブラフィッシュ胚における二光子ベースの光活性化

Photoactivation of target compounds in a living organism has proven a valuable approach to investigate various biological processes such as embryonic ...

生物学

A Simple and Effective Transplantation Device for Zebrafish Embryos

Classical embryological manipulations, such as removing cells and transplanting cells within or between embryos, are powerful techniques to study complex developmental processes. Zebrafish embryos are ideally suited for these manipulations since they are easily accessible, relatively large in size, and transparent. However, previously developed devices for cell removal and transplantation are cumbersome to use or expensive to purchase. In contrast, the transplantation device presented here is economical, easy to assemble, and simple to use. In this protocol, we first introduce the handling of the transplantation device as well as its assembly from commercially and widely available parts. We then present three applications for its use: generation of ectopic clones to study signal dispersal from localized sources, extirpation of cells to produce size-reduced embryos, and germline transplantation to generate maternal-zygotic mutants. Finally, we show that the tool can also be used for embryological manipulations in other species such as the Japanese rice fish medaka.

Embryological manipulations such as extirpation and transplantation of cells are important tools to study early development. This protocol describes a simple and effective transplantation device to perform these manipulations in zebrafish embryos.

ゼブラフィッシュ胚の簡易かつ効果的な移植装置

Classical embryological manipulations, such as removing cells and transplanting cells within or between embryos, are powerful techniques to study complex ...

Single Cell Fate Mapping in Zebrafish

The ability to differentially label single cells has important implications in developmental biology. For instance, determining how hematopoietic, lymphatic, and blood vessel lineages arise in developing embryos requires fate mapping and lineage tracing of undifferentiated precursor cells. Recently, photoactivatable proteins which include: Eos1, 2, PAmCherry3, Kaede4-7, pKindling8, and KikGR9, 10 have received wide interest as cell tracing probes. The fluorescence spectrum of these photosensitive proteins can be easily converted with UV excitation, allowing a population of cells to be distinguished from adjacent ones. However, the photoefficiency of the activated protein may limit long-term cell tracking11. As an alternative to photoactivatable proteins, caged fluorescein-dextran has been widely used in embryo model systems7, 12-14. Traditionally, to uncage fluorescein-dextran, UV excitation from a fluorescence lamp house or a single photon UV laser has been used; however, such sources limit the spatial resolution of photoactivation. Here we report a protocol to fate map, lineage trace, and detect single labeled cells. Single cells in embryos injected with caged fluorescein-dextran are photoactivated with near-infrared laser pulses produced from a titanium sapphire femtosecond laser. This laser is customary in all two-photon confocal microscopes such as the LSM 510 META NLO microscope used in this paper. Since biological tissue is transparent to near-infrared irradiation15, the laser pulses can be focused deep within the embryo without uncaging cells above or below the selected focal plane. Therefore, non-linear two-photon absorption is induced only at the geometric focus to uncage fluorescein-dextran in a single cell. To detect the cell containing uncaged fluorescein-dextran, we describe a simple immunohistochemistry protocol16 to rapidly visualize the activated cell. The activation and detection protocol presented in this paper is versatile and can be applied to any model system. 
Note: The reagents used in this protocol can be found in the table appended at the end of the article.

A method is described to photoactivate single cells containing a caged fluorescent protein using two-photon absorption from a Ti:Sapphire femtosecond laser oscillator. To fate map the photoactivated cell, immunohistochemistry is used. This technique can be applied to any cell type.

ゼブラフィッシュにおける単一の細胞運命のマッピング

The ability to differentially label single cells has important implications in developmental biology. For instance, determining how hematopoietic, ...

An Efficient Protocol to Assess ERK Activity Modulation in Early Zebrafish Noonan Syndrome Models via Live FRET Microscopy and Immunofluorescence

RASopathies are genetic syndromes caused by ERK hyperactivation and resulting in multisystemic diseases that can also lead to cancer predisposition. Despite a broad genetic heterogeneity, germline gain-of-function mutations in key regulators of the RAS-MAPK pathway underlie the majority of the cases, and, thanks to advanced sequencing techniques, potentially pathogenic variants affecting the RAS-MAPK pathway continue to be identified. Functional validation of the pathogenicity of these variants, essential for accurate diagnosis, requires fast and reliable protocols, preferably in vivo. Given the scarcity of effective treatments in early childhood, such protocols, especially if scalable in cost-effective animal models, can be instrumental in offering a preclinical ground for drug repositioning/repurposing. 
Here we describe step-by-step the protocol for rapid generation of transient RASopathy models in zebrafish embryos and direct inspection of live disease-associated ERK activity changes occurring already during gastrulation through real-time multispectral F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) imaging. The protocol uses a transgenic ERK reporter recently established and integrated with the hardware of commercial microscopes. We provide an example application for Noonan syndrome (NS) zebrafish models obtained by expression of the Shp2D61G. We describe a straightforward method that enables registration of ERK signal change in the NS fish model before and after pharmacological signal modulation by available low-dose MEK inhibitors. We detail how to generate, retrieve, and assess ratiometric FRET signals from multispectral acquisitions before and after treatment and how to cross-validate the results via classical immunofluorescence on whole embryos at early stages. We then describe how, via examining standard morphometric parameters, to query late changes in embryo shape, indicative of a resulting impairment of gastrulation, in the same embryos whose ERK activity is assessed by live FRET at 6 h post fertilization.

RASopathies are multisystem genetic syndromes caused by RAS-MAPK pathway hyperactivation. Potentially pathogenic variants awaiting validation emerge continuously while poor preclinical evidence limits therapy. Here, we describe our in vivo protocol to test and cross-validate RASopathy-associated ERK activation levels and its pharmacological modulation during embryogenesis by live FRET imaging in Teen-reporter zebrafish.

RASopathies are genetic syndromes caused by ERK hyperactivation and resulting in multisystemic diseases that can also lead to cancer predisposition. ...

光変換後の蛍光減衰を使用して生活ゼブラフィッシュ胚におけるタンパク質の安定性の測定（FDAP）

要約

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Photoconvertible PSmOrangeシステムを用いたGFPトランスジェニックゼブラフィッシュで細胞を追跡

ライブゼブラフィッシュ胚における有糸分裂とダイナミクスを観察します

生活そのままゼブラフィッシュの単一セルの光電

ゼブラフィッシュの低発現タンパク質を可視化するための蛍光標識

ゼブラフィッシュの低発現タンパク質を可視化するための蛍光標識

ゼブラフィッシュの低発現タンパク質を可視化するための蛍光標識

ライブゼブラフィッシュ胚における二光子ベースの光活性化

ゼブラフィッシュ胚の簡易かつ効果的な移植装置

ゼブラフィッシュにおける単一の細胞運命のマッピング

An Efficient Protocol to Assess ERK Activity Modulation in Early Zebrafish Noonan Syndrome Models via Live FRET Microscopy and Immunofluorescence