Microsoft Word 63770195-file00



Yüklə 1,51 Mb.
Pdf görüntüsü
səhifə1/16
tarix22.07.2018
ölçüsü1,51 Mb.
#57667
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16


 

Running Head: Superresolution of cortical microtubule dynamics 



Jozef Šamaj: Centre of the Region Haná for Biotechnological and Agricultural Research, 

Department of Cell Biology, Faculty of Science, Palacký University Olomouc, Šlechtitel



ů 11, 

78371 Olomouc, Czech Republic 



Tel.: +420 585 634 978 

Email: jozef.samaj@upol.cz 



Research Area: Cell Biology 

Secondary Research Area: Breakthrough Technologies 



 



10 

 

Plant Physiology Preview. Published on March 31, 2014, as DOI:10.1104/pp.114.238477

 

Copyright 2014 by the American Society of Plant Biologists

 

www.plantphysiol.org



on July 21, 2018 - Published by 

Downloaded from 

Copyright © 2014 American Society of Plant Biologists. All rights reserved.



 

Dynamics and organization of cortical microtubules as revealed by superresolution 

11 

structured illumination microscopy  

12 


George Komis

a

, Martin Mistrík



b

, Olga Šamajová

a

, Anna Dosko



čilová

a

, Miroslav Ove



čka

a

, Peter 



13 

Illés


a

, Ji


ří Bártek

b,c


, and Jozef Šamaj

a,1


 

14 


Centre of the Region Haná for Biotechnological and Agricultural Research, Department of Cell 

15 

Biology, Faculty of Science, Palacký University Olomouc, Šlechtitel



ů 11, 78371 Olomouc, 

16 


Czech Republic 

17 


Institute of Molecular and Translational Medicine, Faculty of Medicine and Dentistry Palacký 

18 

University Olomouc, Hn



ěvotínská 5, 779 00 Olomouc, Czech Republic 

19 


Danish Cancer Society Research Center, Strandboulevarden 49, DK-2100 Copenhagen, 

20 

Denmark 


21 

Summary: This is the first quantitative study on dynamic organization of plant cell focused on 

22 

cortical microtubules by using structured illumination superresolution microscopy.  



23 

 

24 



This work was supported by grant P501/11/1764 from the Czech Science Foundation GA

ČR, by 


25 

grant LO1204 NPU I Sustainable development of research in the Centre of the Region Haná for 

26 

Biotechnological and Agricultural Research and by European Commission (project BioMedReg). 



27 

Corresponding author: 

28 

Jozef Šamaj 



29 

Email: jozef.samaj@upol.cz 

30 

 

31 



32 

 

www.plantphysiol.org



on July 21, 2018 - Published by 

Downloaded from 

Copyright © 2014 American Society of Plant Biologists. All rights reserved.



 

Abstract 

33 

Plants employ acentrosomal mechanisms to organize cortical microtubule arrays essential for 



34 

cell growth and differentiation. Using structured illumination microscopy (SIM) adopted for 

35 

optimal documentation of Arabidopsis hypocotyl epidermal cells, dynamic cortical microtubules 



36 

labeled with GFP-MBD and GFP-TUA6 markers were comparatively recorded in wild type 

37 

Arabidopsis plants and in mitogen activated protein kinase mutant mpk4 possessing later 



38 

microtubule marker. The mpk4 mutant exhibits extensive microtubule bundling, due to increased 

39 

abundance and reduced phosphorylation of microtubule-associated protein MAP65-1, thus 



40 

providing a very useful genetic tool to record intrabundle microtubule dynamics at subdiffraction 

41 

level. SIM imaging revealed nano-sized defects in microtubule bundling, spatially resolved 



42 

microtubule branching and release, and finally allowed quantification of individual microtubules 

43 

within cortical bundles. Time-lapsed SIM imaging allowed visualizing subdiffraction, short-lived 



44 

excursions of the microtubule plus end and dynamic instability behavior of both ends during 

45 

free, intrabundle or microtubule-templated microtubule growth and shrinkage. Finally, short, 



46 

rigid and non-dynamic microtubule bundles in the mpk4 mutant were observed to glide along the 

47 

parent microtubule in a tip-wise manner. Conclusively, this study demonstrates the potential of 



48 

SIM for superresolution time-lapsed imaging of plant cells showing unprecedented details 

49 

accompanying microtubule dynamic organization. 



50 

 

51 



 

52 


53 

 

www.plantphysiol.org



on July 21, 2018 - Published by 

Downloaded from 

Copyright © 2014 American Society of Plant Biologists. All rights reserved.



 

Introduction 

54 

Plant cell growth and differentiation depend on dynamic cortical microtubule organization 



55 

mechanisms (Ehrhardt, 2008) including branched microtubule formation and release (Murata et 

56 

al., 2005; Nakamura et al., 2010; Fishel and Dixit, 2013), microtubule-templated microtubule 



57 

growth (Chan et al., 2009), angle-of-contact microtubule bundling or catastrophe induction 

58 

(Dixit & Cyr, 2004; Tulin et al., 2012), severing at microtubule cross-overs (Wightman and 



59 

Turner, 2007) and unique dynamic behavior between steady-state treadmilling and dynamic 

60 

instability (Shaw et al., 2003). 



61 

Cortical microtubule dynamics have been explored in vivo and in vitro with total internal 

62 

reflection microscopy (TIRFM; Vizcay-Barrena et al., 2011), variable angle emission 



63 

microscopy (VAEM; Wan et al., 2011), spinning disc microscopy (SD; Shaw & Lucas, 2011), 

64 

and confocal laser scanning microscopy (CLSM; Shaw et al., 2003). TIRFM and VAEM provide 



65 

sufficient resolution and speed but at limited depth of imaging (ca. 200 nm; Martin-Fernandez et 

66 

al., 2013) and inevitably a very narrow field of view when used for in vivo studies (Mattheyses et 



67 

al., 2010). Dynamic CLSM imaging suffers from field of view limitations while also introducing 

68 

phototoxicity to the imaged sample. Furthermore, CLSM will require a speed-to-resolution trade 



69 

off which will necessitate computational extrapolation to bring resolution at affordable levels 

70 

(Rosero et al., 2014). Finally, SD can provide sufficient depth and speed but otherwise poor 



71 

resolution owing to aberrations arising from the sample and the properties of the optics 

72 

commonly used (Shaw and Ehrhardt, 2013).   



73 

Microtubule research evolved concomitantly with optical microscopy and the development of 

74 

fluorescent proteins markers, allowing the resolution of microtubule dynamics and organization 



75 

at video rates (Marc et al., 1998; Shaw et al., 2013). However, the bulk of plant cells organized 

76 

in tissues and the optical properties of cell walls hamper microscopic observations, so that the 



77 

definition of fine details of microtubule organization still relies on laborious transmission 

78 

electron microscopy (TEM; Kang, 2010). 



79 

Alternatively,  in vitro assays using TIRF or Allen’s video enhanced contrast - differential 

80 

interference contrast microscopy (AVEC-DIC; Allen et al., 1981) with purified components have 



81 

advanced the understanding of microtubule-MAP interactions while providing mechanistic 

82 

 

www.plantphysiol.org



on July 21, 2018 - Published by 

Downloaded from 

Copyright © 2014 American Society of Plant Biologists. All rights reserved.



Yüklə 1,51 Mb.

Dostları ilə paylaş:
  1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   16




Verilənlər bazası müəlliflik hüququ ilə müdafiə olunur ©genderi.org 2024
rəhbərliyinə müraciət

    Ana səhifə