The Journal of Visualized Experiments (JoVE) is a peer reviewed, PubMed-indexed video journal. Our mission is to increase the productivity of scientific research.
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Department of Biochemistry and Molecular Biology, School of Biomedical Sciences, Monash University
Mijaljica, D., Prescott, M., Devenish, R. J. A Fluorescence Microscopy Assay for Monitoring Mitophagy in the Yeast Saccharomyces cerevisiae. J. Vis. Exp. (53), e2779, doi:10.3791/2779 (2011).
भोजी सेलुलर घटकों के कारोबार के लिए विभिन्न स्थितियों की एक श्रृंखला के तहत महत्वपूर्ण है. यह एक आवश्यक homeostatic समारोह में कार्य करता है के रूप में के रूप में अच्छी तरह से एक गुणवत्ता नियंत्रण तंत्र है कि लक्ष्य और चुनिंदा organelles1-4 सहित सेलुलर सामग्री नीचा कर सकते हैं. उदाहरण के लिए, क्षतिग्रस्त या mitochondria निरर्थक (1 छवि) भोजी के द्वारा, सेलुलर homeostasis और सेल अस्तित्व के लिए खतरा प्रतिनिधित्व कर सकते हैं का निपटारा नहीं ,. खमीर में, Saccharomyces cerevisiae, पोषक तत्वों के अभाव (जैसे, नाइट्रोजन भुखमरी) या नुकसान एक 5-9 mitophagy करार दिया प्रक्रिया में भोजी से mitochondria के चुनिंदा कारोबार को बढ़ावा कर सकते हैं.
हम एक सरल प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी भोजी आकलन दृष्टिकोण का वर्णन. स्पष्टता के लिए हम अपने यहाँ वर्णन प्रतिबंधित करने के लिए दिखाने के लिए कैसे दृष्टिकोण करने के लिए खमीर कोशिकाओं में mitophagy पर नजर रखने के लिए इस्तेमाल किया जा सकता है. परख एक फ्लोरोसेंट संवाददाता, Rosella है, जो एक दोहरी उत्सर्जन अपेक्षाकृत पीएच स्थिर लाल फ्लोरोसेंट प्रोटीन पीएच संवेदनशील हरी फ्लोरोसेंट प्रोटीन से जुड़े शामिल biosensor है का उपयोग करता है. इस संवाददाता के संचालन पीएच में रिक्तिका (~ 5.0-5.5 पीएच) और mitochondria (~ 8.2 पीएच) के बीच जीवित कोशिकाओं में मतभेद पर निर्भर करता है. बढ़ती शर्तों के तहत, जंगली प्रकार की कोशिकाओं के mitochondria की एक तरह से विशेषता में दोनों लाल और हरे रंग वितरित प्रतिदीप्ति दिखा रहे हैं. प्रतिदीप्ति उत्सर्जन रिक्तिका के साथ संबद्ध नहीं है. जब नाइट्रोजन भुखमरी, एक शर्त है जो mitophagy लाल और हरे रंग प्रतिदीप्ति mitochondria लेबलिंग के अलावा में, लाती के अधीन कोशिकाओं को लाल रंग का संचय एक्ज़िबिट, लेकिन नहीं हरी प्रतिदीप्ति अम्लीय vacuolar रिक्तिका के लिए mitochondria की डिलीवरी प्रतिनिधित्व लुमेन में. लाल रंग के साथ कोशिकाओं स्कोरिंग, लेकिन नहीं हरे रंग का फ्लोरोसेंट vacuoles 5,10-12 कोशिकाओं में mitophagic गतिविधि का एक उपाय के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है.
उपयुक्त नियंत्रण खमीर उपभेदों का चयन
परख नेत्रहीन खमीर रिक्तिका में लाल प्रतिदीप्ति के संचय का मूल्यांकन experimenter पर निर्भर करता है. के रूप में इस तरह परख व्यक्तिपरक है और उपयुक्त नियंत्रण उपभेदों और विकास की स्थिति का चयन पर निर्भर करता है है. एक जंगली प्रकार नियंत्रण भोजी सामान्य उम्मीद के स्तर का संकेत करने के लिए प्रयोग किया जाता है. कोर भोजी जीन (जैसे, ATG3) की अभिव्यक्ति के लिए एक नकारात्मक नियंत्रण के रूप में एक तनाव अशक्त उपयुक्त है, जैसे उपभेदों सामग्री रिक्तिका उद्धार नहीं कर सकते हैं (जैसे, mitochondria, नाभिक)
1. खमीर कोशिकाओं के डीएनए प्लाज्मिड के साथ परिवर्तन
खमीर कोशिकाओं LiAcetate के साथ इलाज के द्वारा आसानी से परिवर्तन के लिए सक्षम बनाया जा सकता है. वाणिज्यिक किट (उदाहरण के लिए, EasyComp, Invitrogen) खरीदा जा सकता है और प्रकाशित प्रोटोकॉल 13 उपलब्ध हैं.
इस प्रोटोकॉल में हम जंगली प्रकार तनाव BY4741 (his3Δ1 एक leu2Δ0 met15Δ0 ura3Δ0 मैट), और विलोपन उत्परिवर्ती (जैसे, atg3 Δ) उपभेदों से व्युत्पन्न, एक अलग गैर जरूरी जीन के प्रत्येक कमी अभिव्यक्ति की एक व्यापक पुस्तकालय के कुछ सदस्यों का उपयोग करें. विलोपन तनाव पुस्तकालय भोजी Rosella आधारित जांच का उपयोग कर जांच के लिए एक महत्वपूर्ण उपकरण का प्रतिनिधित्व करता है. 12 लाख टन - Rosella: इस प्रोटोकॉल में कार्यरत संवाददाता mitochondria के लिए मीट्रिक टन-Rosella (छवि 2A), pAS1NB द्वारा इनकोडिंग है.
निम्न चरणों का पालन कोशिकाओं के उपयोग पर आधारित हैं सक्षम EasyComp परिवर्तन किट का उपयोग कर और -80 पर डिग्री सेल्सियस सुविधाजनक उपयोग के लिए जमे हुए संग्रहीत.
2. खमीर कोशिकाओं में Rosella की अभिव्यक्ति की पुष्टि
विस्तृत प्रयोगों पर embarking से पहले सही स्थानीयकरण और Rosella के कुशल अभिव्यक्ति की पुष्टि होना चाहिए.
3. सेल विकास और भोजी की प्रेरण
भोजी स्थिर चरण में प्रवेश, कार्बन स्रोत, rapamycin के प्रशासन, या नाइट्रोजन भुखमरी में परिवर्तन सहित विभिन्न प्रयोगात्मक शर्तों के एक नंबर का उपयोग कर प्रेरित किया जा सकता है. हम नियमित रूप से mitophagy प्रेरित विधि के रूप में नाइट्रोजन भुखमरी का उपयोग करें.
नोट: CMAC - Arg साथ रिक्तिका के लेबल
जब पहली बार परख स्थापना Rosella के प्रतिदीप्ति सूक्ष्मदर्शी रिक्तिका को प्रसव के अंतर्गत पुष्टि करने के लिए उपयोगी है. हालांकि खमीर रिक्तिका एक बड़े organelle स्थान जिसका अक्सर आसानी से संचारित प्रकाश छवियों, खमीर के कुछ उपभेदों में और कुछ विकास शर्तों के तहत रिक्तिका खंडित और कठिन को खोजने के लिए किया जा सकता है के संदर्भ द्वारा निर्धारित किया जा सकता है.
रिक्तिका coumarin आधारित CMAC Arg (7 अमीनो 4 chloromethylcoumarin, एल arginine एमाइड) जैसे रिक्तिका डाई का उपयोग आसानी से किया जा लेबल कर सकते हैं. रिक्तिका के उज्ज्वल नीले रंग प्रतिदीप्ति लेबलिंग में डाई परिणामों पर vacuolar proteases की कार्रवाई की. नीले उत्सर्जन आसानी से 11 Rosella के लाल और हरे रंग का उत्सर्जन से प्रतिष्ठित किया जा सकता है . CMAC - Arg के साथ लेबल के लिए नियमित रूप से प्रदर्शन किया जा की जरूरत नहीं करता, लेकिन यह जो स्थान और खमीर में रिक्तिका की उपस्थिति के साथ परिचित नहीं हैं के लिए सिफारिश की है.
4. CMAC Arg साथ रिक्तिका के लेबल
5. बढ़ते लेजर confocal स्कैनिंग माइक्रोस्कोपी के लिए जीना खमीर कोशिकाओं (CLSM)
6. Visualizing CLSM का उपयोग भोजी
कक्षों की आबादी में भोजी के स्तर को नियमित रूप से पहले लाल vacuolar प्रतिदीप्ति दिखा कोशिकाओं की संख्या का निर्धारण करके और भोजी की प्रेरण के बाद मूल्यांकन किया है. आदर्श रूप में भोजी की प्रगति भोजी की प्रेरण (3 छवि) के बाद चयनित समय बिंदुओं पर नजर रखी है . यह सबसे अच्छा द्विनेत्री माइक्रोस्कोप के माध्यम से visualizing द्वारा किया जाता है. यह महत्वपूर्ण है कि सही नियंत्रण (जैसे, Δ atg3 उत्परिवर्ती) कार्यरत हैं और है कि खुर्दबीन सेटिंग्स अलग नमूने (जैसे, तटस्थ घनत्व फिल्टर, फिल्टर चयन का उपयोग करने के लिए) देख के बीच अपरिवर्तित ही रहेंगे.
खमीर कोशिकाओं अपेक्षाकृत छोटे हैं एक अच्छी गुणवत्ता प्रतिदीप्ति सूक्ष्मदर्शी (उदाहरण के लिए, ओलिंप FluoView FV500) उत्तेजना उत्सर्जन / GFP और / या pHluorin (हरी प्रतिदीप्ति उत्सर्जन) (FITC फिल्टर) और DsRed.T3 (लाल अलग दृश्य के लिए उपयुक्त फिल्टर के साथ सुसज्जित की आवश्यकता उत्सर्जन प्रतिदीप्ति) (TRITC फ़िल्टर).
7. प्रतिनिधि परिणाम:
यहाँ, हम ठेठ लाख टन Rosella, जंगली प्रकार और Δatg3 उत्परिवर्ती कोशिकाओं में व्यक्त का उपयोग करने के लिए प्राप्त परिणामों दिखा. इथेनॉल के साथ बढ़ रहा शर्तों के तहत कार्बन स्रोत के रूप में, दोनों के जंगली प्रकार और Δatg3 उत्परिवर्ती कोशिकाओं प्रतिदीप्ति (लाल और हरे रंग) खमीर कोशिकाओं में mitochondria के ठेठ का एक सेलुलर वितरण एक्ज़िबिट. लाल और हरे रंग प्रतिदीप्ति उत्सर्जन रिक्तिका (छवि 2B और 2C) में पता नहीं है . जब 6 घंटे के लिए और नाइट्रोजन भुखमरी के अधीन तब से परे, लाल और हरे रंग प्रतिदीप्ति mitochondria में इसी के अलावा, जंगली प्रकार की कोशिकाओं को भी लाल रंग का संचय एक्ज़िबिट, लेकिन vacuolar लुमेन में हरी प्रतिदीप्ति नहीं (छवि 2B; चित्र 3) . हालांकि, Δatg3 उत्परिवर्ती कोशिकाओं में लाल न तो और न ही हरी प्रतिदीप्ति vacuolar लुमेन (; चित्र 3 छवि 2C) में जम जाता है.

चित्रा 1, organelles और एक खमीर कोशिका में डिब्बों की योजना है . नीचे, एक खमीर कोशिका के एक दृश्य रिक्तिका केंद्रित विभिन्न organelles और डिब्बों के autophagic गिरावट का संकेत करने के लिए प्रस्तुत किया है. भोजी (उदाहरण के लिए, mitophagy, nucleophagy) के विभिन्न organelle विशिष्ट प्रकार के बीच मतभेद के कुछ (कार्गो चयन) घिरा हुआ सामग्री की विशिष्टता, विभिन्न intracellular की जरूरत है और बाह्य cues (उदाहरण के लिए, क्षति, भुखमरी), विशिष्ट संकेतों, ATG शामिल जीन और समय पर निर्भरता.




चित्रा 2. (ए) mt-Rosella के योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व. mitochondrial नेता अनुक्रम (साइट्रेट synthase के इस मामले में) mitochondrial मैट्रिक्स Rosella biosensor लक्ष्य प्रयोग किया जाता है. उत्तेजना और दोनों लाल फ्लोरोसेंट प्रोटीन (DsRed.T3) और हरे रंग का फ्लोरोसेंट प्रोटीन (pHluorin) के लिए उत्सर्जन मॅक्सिमा संकेत कर रहे हैं. उच्च पीएच (mitochondrial 8.2 ~ पीएच) दोनों लाल और हरे रंग biosensor fluoresces, तथापि, (बी) कम पीएच (vacuolar 5.5 ~ पीएच) यह केवल लाल fluoresces में जंगली प्रकार और Δ atg3 उत्परिवर्ती कोशिकाओं को व्यक्त करने में अपेक्षित परिणाम की योजनाबद्ध प्रतिनिधित्व . mt-Rosella (सी) वास्तविक परिणाम बढ़ रही तहत जंगली प्रकार की कोशिकाओं और नाइट्रोजन भुखमरी की स्थिति के लिए CLSM द्वारा प्राप्त है. बाएं से दाएं: डीआईसी (इसके विपरीत में अंतर), आरएफपी (DsRed.T3) प्रतिदीप्ति उत्सर्जन, GFP (pHluorin) प्रतिदीप्ति उत्सर्जन, CMAC Arg प्रतिदीप्ति और मर्ज छवि (डी) Datg3 उत्परिवर्ती कोशिकाओं के लिए वास्तविक परिणाम के तहत प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी द्वारा प्राप्त बढ़ रही है और नाइट्रोजन भुखमरी की स्थिति. बाएं से दाएं: डीआईसी (इसके विपरीत में अंतर), आरएफपी (DsRed.T3) उत्सर्जन प्रतिदीप्ति, GFP (pHluorin) प्रतिदीप्ति उत्सर्जन, CMAC Arg प्रतिदीप्ति और मर्ज छवि.

चित्रा 3. जंगली प्रकार और Δ atg3 उत्परिवर्ती कोशिकाओं, mt-Rosella व्यक्त और नाइट्रोजन भुखमरी के तहत हो, रिक्तिका में 48 घंटे के समय के पाठ्यक्रम पर लाल प्रतिदीप्ति दिखाने का प्रतिशत. रिक्तिका में लाल प्रतिदीप्ति के संचय दिखा कोशिकाओं का प्रतिशत 0, 6, 12, 24, और 48 घंटे में नाइट्रोजन भुखमरी शुरू करने के बाद दर्ज किया गया था.
प्रतिनिधि छवि में प्रस्तुत छवियों में. 2B और 2C यह स्पष्ट रूप से देखा जा सकता है कि organelle विशेष फ्लोरोसेंट पत्रकारों और प्रतिदीप्ति माइक्रोस्कोपी का उपयोग mitochondrial / दोनों बढ़ रही है और नाइट्रोजन की कमी से जूझ कोशिकाओं में स्थानीयकरण वितरण का सबूत प्रदान करता है, और mitophagy visualized किया जा अनुमति देता है.
यह है कि इस विधि निम्न mitophagy के लिए आरक्षित नहीं है पर जोर दिया जाना है. अन्य सेलुलर घटकों या organelles (जैसे, ribosomes, लिपिड बूंदों, peroxisomes, endoplasmic जालिका और नाभिक) की भोजी उपयुक्त लेबलिंग के साथ नजर रखी जा सकता है. Rosella biosensor का निर्माण, सेल संस्कृति शर्तों और नाभिक का कारोबार (nucleophagy) के लिए विशिष्ट परिणाम का विवरण 11,12 सूचित किया गया है विधि का व्यापक आवेदन illustrating.
Organelle निगरानी भोजी के लिए विशिष्ट फ्लोरोसेंट संवाददाताओं का प्रयोग निर्माण डिजाइन के कई विचारों को मन में रखा करने की आवश्यकता है है. ये शामिल हैं: (1) चयन और उपयुक्त लक्ष्यीकरण संकेत organelle विशिष्ट लक्षित प्राप्त करने संलयन, एक उपयुक्त फ्लोरोसेंट प्रोटीन (ओं) के चयन (2), (3) मजबूत प्रतिदीप्ति उत्सर्जन, (4) सही organelle स्थानीयकरण और / या कक्ष के भीतर वितरण. एक बार संवाददाता organelle विशिष्ट सफलतापूर्वक किया गया है चुना खमीर मेजबान में व्यक्त विचार हो जाते हैं एक दूसरे समूह तनाव: (1) खमीर विकास की स्थिति, (2) सेल नमूना तैयार करने, (3) इमेजिंग पैरामीटर के रूप में यह महत्वपूर्ण है कि पैरामीटर चयनित CLSM के लिए (जैसे, तीव्रता, लेजर स्कैन दर और मोड, pinhole मूल्य, ज़ूम मूल्य, प्रयोग उद्देश्यों या सीसीडी कैमरा के लिए जोखिम) एक प्रयोग यह सुनिश्चित करना है कि तुलना नियंत्रण (बढ़ कोशिकाओं) और भूखे नमूने के बीच बनाया जा सकता है भर में रखा जाता है; ( 3) रिक्तिका में भोजी प्रेरण और सफल पत्रकार की डिलीवरी.
कुल मिलाकर, इस फ्लोरोसेंट माइक्रोस्कोपी विधि आसान है, अपेक्षाकृत तेजी से है, और जीन है कि विनियमित या भोजी मिलाना के लिए उपन्यास दवाओं है कि बढ़ाने या भोजी बाधित, और भी के लिए उच्च throughput प्रदर्शन के लिए संभावित आवेदन किया है.
ब्याज की कोई संघर्ष की घोषणा की.
यह काम ऑस्ट्रेलियाई अनुसंधान परिषद अनुदान DP0986937 के द्वारा समर्थित किया गया था.
Is it possible to obtain a sample of pAS1NB:mt-Rosella plasmid? I would like to verify a mitochondrial protein which, when missing, leads to mitophagy. I am a beginer in this area.
Best regards
Anna Kurlandzka (ania218@ibb.waw.pl)
Inst. Biochem. Biophys., Polish Academy of Sciences
Pawinskiego 5A
02-106 Warsaw,
Poland
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ReplyPosted by: Anna K.September 24, 2012, 8:36 AM