Visualization of  Escherichia coli  Single Cells in the State of SOS Response Using Expansion Microscopy

N. A. Rumyantseva; Румянцева Н. А.; D. M. Golofeeva; Голофеева Д. М.; I. E. Vishnyakov; Вишняков И. Е.; A. D. Vedyaykin; Ведяйкин А. Д.

doi:10.31857/S0041377123030070

Визуализация одиночных клеток Escherichia coli в состоянии SOS-ответа при помощи экспансионной микроскопии

Авторы: Румянцева Н.А.¹, Голофеева Д.М.¹, Вишняков И.Е.², Ведяйкин А.Д.¹
Учреждения:
1. Научно-исследовательский комплекс “Нанобиотехнологии” Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого
2. Институт цитологии РАН
Выпуск: Том 65, № 3 (2023)
Страницы: 303-310
Раздел: Статьи
URL: https://ogarev-online.ru/0041-3771/article/view/140094
DOI: https://doi.org/10.31857/S0041377123030070
EDN: https://elibrary.ru/VDSBHA
ID: 140094

Цитировать

Полный текст

Аннотация
Об авторах
Список литературы
Дополнительные файлы
Статистика

Аннотация

Экспансионная микроскопия (Expansion microscopy, ExM) – метод пробоподготовки, позволяющий добиться улучшенной визуализации структур за счет физического расширения образца. Этот метод используется в сочетании с традиционной световой микроскопией и позволяет без применения сложных технических устройств, характерных для методов сверхразрешающей микроскопии (super-resolution microscopy), добиться визуализации биологических структур с более высоким разрешением. В отличие от методов сверхразрешающей микроскопии, экспансионная микроскопия не позволяет преодолеть дифракционный предел, однако наблюдаемый эффект можно считать эквивалентным увеличению пространственного разрешения. Относительная простота метода и нетребовательность к используемому микроскопу сделали экспансионную микроскопию довольно популярным методом для визуализации различных биологических структур. В настоящей работе описано использование экспансионной микроскопии для визуализации в клетках Escherichia coli, находящихся в состоянии SOS-ответа, ДНК и структур, формируемых белком FtsZ. Результаты работы подтверждают полученные ранее данные о том, что белок FtsZ в клетках, находящихся в состоянии SOS-ответа, распределен неравномерно. Использованный в работе протокол визуализации клеток E. coli, предварительно закрепленных на поверхности стекла, с помощью метода экспансионной микроскопии может быть использован в будущем для изучения внутренних структур других клеток – как бактериальных, так и эукариотических.

Ключевые слова

экспансионная микроскопия, белок FtsZ, SOS-ответ, бактериальное деление

Список литературы

Деревцова К.З., Пчицкая Е.И., Раковская А.В., Безпрозванный И.Б. 2021. Применение метода экспансионной микроскопии в нейробиологии. Российский физиологический журнал им. И.М. Сеченова. Т. 107. № 4–5. С. 568. (Derevtsova K.Z., Pchitskaya E.I., Rakovskaya A.V., Bezprozvanny I.B. 2021. Applying the expansion microscopy method in neurobiology. Rossiyskiy fiziologicheskiy zhurnal im. I.M. Sechenova. V. 107. № 4–5. P. 568.)
Клементьева Н.В., Загайнова Е.В., Лукьянов К.А., Мишин А.С. 2016. Принципы флюоресцентной микроскопии сверхвысокого разрешения (обзор). Современные технологии в медицине. Т. 8. С. 130. (Klementieva N.V., Zagaynova E.V., Lukyanov К.А., Mishin A.S. 2016. The Principles of super-resolution fluorescence microscopy (review). Sovremennye tehnologii v medicine. V. 8. P. 130.)
Asano S.M., Gao R., Wassie A.T., Tillberg P.W., Chen F., Boyden E.S. 2018. Expansion microscopy: protocols for imaging proteins and RNA in cells and tissues. Curr. Prot. Cell Biol. V. 80. P. e56. https://doi.org/10.1002/cpcb.56
Chang J.-B., Chen F., Yoon Y.-G., Jung E.E., Babcock H., Kang J.S., Asano S., Suk H.-J., Pak N., Tillberg P.W., Wassie A.T., Cai D., Boyden E.S. 2017. Iterative expansion microscopy. Nat. Methods. V. 14. P. 593.
Chen F., Tillberg P.W., Boyden E.S. 2015. Expansion microscopy. Science. V. 347. P. 543.
Chen Y., Milam S.L., Erickson H.P. 2012. SulA inhibits assembly of FtsZ by a simple sequestration mechanism. Biochemistry. V. 51. P. 3100.
Chozinski T.J., Halpern A.R., Okawa H., Kim H.-J., Tremel G.J., Wong R.O.L., Vaughan J.C. 2016. Expansion microscopy with conventional antibodies and fluorescent proteins. Nat. Methods. V. 13. P. 485.
Feng H., Wang X., Xu Z., Zhang X., Gao Y. 2018. Super-resolution fluorescence microscopy for single cell imaging. In: Single cell biomedicine. Singapore: Springer Singapore. P. 59.
Li H., Warden A.R., He J., Shen G., Ding X. 2022. Expansion microscopy with ninefold swelling (NIFS) hydrogel permits cellular ultrastructure imaging on conventional microscope. Science Advances. V. 8. https://doi.org/10.1126/sciadv.abm4006
Moore D.A., Whatley Z.N., Joshi C.P., Osawa M., Erickson H.P. 2017. Probing for binding regions of the FtsZ protein surface through site-directed insertions: discovery of fully functional FtsZ-fluorescent proteins. J. Bacteriol. V. 199. P. e00553-16. https://doi.org/10.1128/JB.00553-16
Renz M. 2013. Fluorescence microscopy – a historical and technical perspective. Cytometry Part A. V. 83. P. 767.
Sanderson M.J., Smith I., Parker I., Bootman M.D. 2014. Fluorescence microscopy. Cold Spring Harbor Protocols. V. 2014. P. pdb.top071795. https://doi.org/10.1101/pdb.top071795
Tillberg P.W., Chen F., Piatkevich K.D., Zhao Y., Yu C.-C., English B.P., Gao L., Martorell A., Suk H.-J., Yoshida F., DeGennaro E.M., Roossien D.H., Gong G., Seneviratne U., Tannenbaum S.R., et al. 2016. Protein-retention expansion microscopy of cells and tissues labeled using standard fluorescent proteins and antibodies. Nat. Biotech. V. 34. P. 987.
Vedyaykin A., Rumyantseva N., Khodorkovskii M., Vishnyakov I. 2020. SulA is able to block cell division in Escherichia coli by a mechanism different from sequestration. Biochim. Biophys. Res. Commun. V. 525. P. 948.
Vedyaykin A.D., Sabantsev A.V., Vishnyakov I.E., Borchsenius S.N., Fedorova Y.V., Melnikov A.S., Serdobintsev P.Y., Khodorkovskii M.A. 2014. Localization microscopy study of FtsZ structures in E. coli cells during SOS-response. J. Phys. Conf. Ser. V. 541. P. 012036. https://doi.org/10.1088/1742-6596/541/1/012036
Verma S.C., Qian Z., Adhya S.L. 2019. Architecture of the Escherichia coli nucleoid. PLoS Genet. V. 15. P. e1008456. https://doi.org/10.1371/journal.pgen.1008456
Wassie A.T., Zhao Y., Boyden E.S. 2019. Expansion microscopy: principles and uses in biological research. Nat. Methods. V. 16. P. 33.