الالتهام الذاتي الكلي هو عملية داخل الخلايا تتضمن التحلل التقويضي لكل من المكونات الخلوية التالفة والمختلة وظيفيا ، مثل العضيات والبروتينات لغرض إعادة التدوير أو إنتاج الطاقة. لبدء عملية التمثيل الغذائي هذه ، تبتلع الخلية المكونات الخلوية التالفة في بنية غشاء مزدوج ، تعرف باسم البلعمة الذاتية ، والتي تندمج مع الجسيم الليزومي ويتحلل محتواه وإعادة تدويره 1،2. هناك نوعان رئيسيان من الالتهام الذاتي ، غير الانتقائي وانتقائي تحدث عملية الالتهام الذاتي غير الانتقائية عندما تكون الخلية في ظروف الحرمان من المغذيات وتحتاج إلى البحث عن كل من العناصر الغذائية الأساسية والطاقة. ومع ذلك ، يحدث الالتهام الذاتي الانتقائي للتوسط في إزالة كل من العضيات والبروتينات المختلة / التالفة التي يمكن أن تكون سامة. واحدة من أكثر عمليات الالتهام الذاتي الانتقائية التي تمت دراستها هي إزالة الميتوكوندريا ، والتي تسمى mitophagy 1،3-5.
الميتوكوندريا هي العضيات المركزية لعملية التمثيل الغذائي للخلايا والمصدر الأساسي للأدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP) عن طريق الفسفرة المؤكسدة من خلال سلسلة نقل الإلكترون وأكسدة الأحماض الدهنية وحمض ثلاثي الكربوكسيل (TCA). علاوة على ذلك ، تنظم الميتوكوندريا إنتاج أنواع الأكسجين التفاعلية (ROS) وتطلق البروتينات التي تشارك في مسارات موت الخلايا 6-8.
كيناز المفترض الناجم عن PTEN 1 (PINK1) و Parkin RBR E3 ubiquitin ligase (Parkin) هما البروتينات الرئيسية المتورطة في عملية الانقسام. يمكن أن يحمي باركين من موت الخلايا عن طريق الحفاظ على صحة الخلية من خلال مراقبة جودة الميتوكوندريا9. عند فقدان إمكانات غشاء الميتوكوندريا ، يتم تجنيد باركين العصاري الخلوي في الميتوكوندريا بواسطة PINK1. يؤدي هذا التجنيد إلى أحداث متسلسلة من mitophagy 10. هناك مجموعة واسعة من الأدلة على أن الانقسام هو عملية أساسية لمراقبة جودة الميتوكوندريا والتشوهات في هذه العملية تؤدي إلى الإصابة بالمرض 7. على سبيل المثال ، ارتبط مرض باركنسون الوراثي المتنحي بطفرات في الجينات التي تشفر باركين و PINK1 (PARK2 و PINK1 ، على التوالي) 11. تعد مراقبة جودة صحة الميتوكوندريا ضرورية لإزالة الميتوكوندريا التي تساهم في تراكم ROS12. يمكن أن يؤدي الوجود المفرط ل ROS داخل الخلايا إلى تلف كل من الحمض النووي والميتوكوندريا (الحمض النووي والحمض النووي MT ، على التوالي).
هنا ، نعرض نهج الفحص المجهري بالفيديو بفاصل زمني لمتابعة تراكم باركين بعد تحريض الانقسام الانقسام بوساطة باركين في الخلايا الليفية الجنينية الخلدة للفأر عن طريق الإعطاء في المختبر للكربونيل سيانيد 4- (ثلاثي فلوروميثوكسي) -فينيل هيدرازون (FCCP) ، عامل فك الاقتران. يعطل FCCP تخليق ATP عن طريق قصر البروتونات عبر غشاء الميتوكوندريا الخارجي وبالتالي فصل الفسفرة المؤكسدة عن سلسلة نقل الإلكترون 13. يؤدي التسبب في إزالة استقطاب غشاء الميتوكوندريا إلى تعطيل الميتوكوندريا وإزالة الانتقائية المعتمدة على باركين. لذلك ، يمكن استخدام نقل الخلايا ذات الأهمية باستخدام ناقل تعبير يشفر باركين مدمج مع علامة فلورية (بروتين الفلورسنت الأصفر المحسن ، EYFP) كعلامة فلورية لمتابعة تجنيد باركين أثناء عملية الانقسام. من أجل تصور الميتوكوندريا ، شاركنا في نقل pDsRed2-Mito ، الذي يشفر بروتين الفلورسنت الأحمر (DsRed2) الذي يحتوي على تسلسل استهداف الميتوكوندريا للوحدة الفرعية للسيتوكروم ج أوكسيديز VIII (Mito). تم تصميم pDsRed2-Mito لوضع العلامات الفلورية على الميتوكوندريا14. يمكن قياس الوقت اللازم لنقل باركين إلى غشاء الميتوكوندريا ويعطي مقياسا غير مباشر للصحة الخلوية. على سبيل المثال ، يمكننا القول أنه إذا أظهر خط خلوي تم إقصاؤه لجين معين ذي أهمية إما تجنيد أسرع أو أبطأ لباركين بعد تحريض الانقسام بواسطة FCCP ، فإن هذا المنتج الجيني سيكون لاعبا رئيسيا من أجل الحفاظ على معدلات الأيض للخلية في الحالة الفسيولوجية ومنع تطور الأمراض. لذلك ، يوفر الفحص المجهري بالفيديو بفاصل زمني أداة قوية للغاية لكل من تطبيقات البحث الأساسية والسريرية في متابعة ديناميكية البروتينات المصنفة أثناء عملياتها الجزيئية وفهم كيفية تأثر هذه العمليات أثناء الحالة المرضية.