1. Tailoring cryo-electron microscopy grids by photo-micropatterning for in-cell structural studies
- Author
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Laurent Blanchoin, Manuel Théry, Julia Mahamid, Fabrice Senger, Mauricio Toro-Nahuelpan, Ievgeniia Zagoriy, European Molecular Biology Laboratory, Structural and Computational Biology Unit, Heidelberg, Germany, CytoMorphoLab, Laboratoire de physiologie cellulaire végétale (LPCV), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Laboratoire de physiologie cellulaire végétale (LPCV), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Physiologie cellulaire et végétale (LPCV), Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA), EMBL Interdisciplinary (EI3POD) program under Marie Skłodowska-Curie Actions COFUND (no. 664726), European Project: 760067,3DCellPhase, European Project: 771599,ICEBERG, European Project: 741773,AAA, Physiologie cellulaire et végétale (LPCV), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)
- Subjects
Materials science ,Ion beam ,Cryo-electron microscopy ,Green Fluorescent Proteins ,Nanotechnology ,[SDV.BC]Life Sciences [q-bio]/Cellular Biology ,Biochemistry ,Focused ion beam ,Article ,Pattern Recognition, Automated ,Specimen Handling ,law.invention ,03 medical and health sciences ,0302 clinical medicine ,law ,Image Processing, Computer-Assisted ,Humans ,Cell adhesion ,Molecular Biology ,030304 developmental biology ,0303 health sciences ,Cell Membrane ,Cryoelectron Microscopy ,Molecular biophysics ,Cell Biology ,Adhesion ,Molecular Imaging ,Characterization (materials science) ,Surface micromachining ,Electron microscope ,030217 neurology & neurosurgery ,Intracellular ,HeLa Cells ,Biotechnology ,Micropatterning - Abstract
Micromachining by cryo-focused ion beam (FIB) milling coupled to cryo-electron tomography (ET) enables visualization of macromolecules directly inside cells. Yet, spatial control of cell adhesion on electron microscopy (EM) grids remains a bottleneck in the specimen preparation pipeline. This protocol describes a contactless and mask-free photo-micropatterning of EM grids for site-specific deposition of extracellular matrix-related proteins. We achieved accurate and reproducible cell positioning, leading to optimized preparations for cryo-FIB milling. We tested HeLa and RPE1 cell lines on various grid types (gold or titanium mesh coated with SiO2, gold or carbon films). Briefly, grids were passivated with an anti-fouling agent, followed by controlled ablation of the passivation layer, and further functionalization with fibronectin. The micropatterning procedure takes ~3 h. Employing micropatterning to produce complex shapes generated a predictable intracellular organization, allowing direct correlation between cellular architecture and in-cell 3D-structural characterization of the underlying machinery at molecular resolution.
- Published
- 2020