Method Article

فهم التغيرات في مورفولوجيا الميتوكوندريا من خلال الصور المجهرية الديناميكية وثلاثية الأبعاد

DOI:

10.3791/68478

⸱

August 15th, 2025

 ,  ,  , 
1Department of Physiology, Stellenbosch University, 2Department of Biochemistry, University of Toronto, 3Department of Electrical and Electronic Engineering, Stellenbosch University

In This Article

Summary

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

نصف هنا مترجم حدث الميتوكوندريا (MEL) ، وهو مكون إضافي ImageJ مفيد في القياس الكمي للتغيرات ثلاثية الأبعاد في انشطار الميتوكوندريا ونشاط الاندماج بمرور الوقت. نصف أيضا خط أنابيب معالجة الصور المفيد لتنظيف الصور المجهرية قبل التحليل في ImageJ.

Abstract

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الميتوكوندريا هي عضيات ديناميكية للغاية تعتبر حيوية لبقاء أي ، وتخضع لأحداث انشطار واندماج منتظمة استجابة لاحتياجات أو ضغوط المضيف ، مما يؤدي إلى إعادة تشكيل مستمرة لشبكة الميتوكوندريا. لهذا السبب ، فإن القدرة على تقييم شبكة الميتوكوندريا في ثلاثة أبعاد ، وكذلك بمرور الوقت ، توفر فائدة في فهم كيفية استجابة النظام لعوامل مثل الإجهاد أو التدخل الصيدلاني. يتيح التصوير الفلوري لشبكات خلايا الميتوكوندريا القدرة على تصور هذه التغييرات ومراقبتها. ومع ذلك ، غالبا ما توصف شبكة الميتوكوندريا بأنها بنية ثنائية الأبعاد وثابتة يتم تحديدها بواسطة مقاييس غير موحدة. لذلك ، شرعنا في وصف خط أنابيب يمكن المستخدم من إعداد صوره لمترجم أحداث الميتوكوندريا (MEL) ، وهو أداة إضافية ImageJ تكتشف أحداث الانشطار والاندماج في شبكة الميتوكوندريا بمرور الوقت وبطريقة ثلاثية الأبعاد ، وبالتالي تقديم نظرة ثاقبة للتغييرات الديناميكية التي تمر بها هذه الشبكة. بالإضافة إلى ذلك ، نصف فوائد فهم الانشطار والاندماج في ضوء التغيرات في عدد الميتوكوندريا والتغيرات المورفولوجية.

Introduction

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

الميتوكوندريا هي عضيات ديناميكية للغاية موجودة في جميع الخلايا حقيقية النواة ، مما يوفر لها الطاقة وينظم عملية التمثيل الغذائي لديها. وبالتالي ، فإن الميتوكوندريا على مفترق طرق الموت الخلوي والبقاء على قيد الحياة. ثبت أن الميتوكوندريا ضرورية لمجموعة متنوعة من العمليات ، بدءا من التحمض الليزوزومي والعمل الحركي الجزيئي إلى تقلص العضلات وإطلاق المشبك1،2.

تخضع الميتوكوندريا لأحداث الانشطار والاندماج المنتظمة للحفاظ على شبكة الميتوكوندريا التي تنتج ATP بكفاءة استجابة لطلب التمثيل الغذائي للخلية والإجهاد. في الواقع ، ثبت أن الميتوكوندريا تخضع للانشطار لتسهيل الانقسام ، والإزالة الانتقائية لشظايا الميتوكوندريا. ومن ثم ، يتم ترك الميتوكوندريا التي تتنفس بنشاط وغير غير مستقطبة فقط في الجهاز الخلوي3،4. ومع ذلك ، يحدث الاندماج كوسيلة لزيادة ناتج ATP للشبكة في حالة زيادة الحاجة 5,6. بالإضافة إلى ذلك ، ثبت أيضا أن كلا من الانشطار والاندماج يلعبان دورا مهما في تقسيم وحماية الحمض النووي للميتوكوندريا7،8. وتجدر الإشارة إلى أن مدى الانشطار والاندماج يتطلب تحكما دقيقا في الاستتباب لضمان شبكة ميتوكوندريا صحية ، حيث ثبت أن الكثير أو القليل جدا من أي من العمليتين ضارة.

لقد ثبت أن الانشطار المفرط يؤدي إلى شبكة الميتوكوندريا المجزأة مع انخفاض لاحق في مستويات ATP في مرض الزهايمر ومرض باركنسون واعتلالالتاوواعت 9،10،11 ، وقد تؤدي المستويات المنخفضة من الانشطار إلى تراكم الميتوكوندريا غير المستقطبة ، مما يؤدي إلى أعراض شبيهة بمرضباركنسون 12. من المعروف أن فرط الدم في الشبكة يحدث في أوقات الضغط لزيادة ناتج ATP. ومع ذلك ، فقد ثبت أن التواجد في هذه الحالة لفترات طويلة من الزمن يزيد من مستويات ROS ونشاط الالتهام الذاتي ، مما يؤدي إلى ظهور موت الخلايا9،12.

لذلك ، يصبح من الواضح أن فهم حالة شبكة الميتوكوندريا يوفر رؤى رئيسية لفهم حالة الخلية ، وبالتالي الكائن الحي. إن الأهمية الواضحة لفهم شبكة الميتوكوندريا في سياق الصحة والمرض ، وقدرتها على الخضوع لأحداث الانشطار والاندماج ، وتأثيرها على الصحة الخلوية هي ما حفز تطوير هذا البروتوكول وأدوات التحليل المرتبطة به. على وجه التحديد ، الأدوات التي تمكن من توصيف ديناميكيات الميتوكوندريا محدودة إلى حد كبير وسيئة الوصف في الأدبيات.

عادة ما يتم تحديد مورفولوجيا الميتوكوندريا باستخدام الفحص المجهري متحد البؤر متبوعا بالتحليل الحسابي ، والذي يتطلب رسومات مجهرية أولية للخضوع لدرجة معينة من المعالجة لتحسين جودتها للتقييم ، حيث يصف هذا تنظيم الميتوكوندريا بشكل أفضل. بهذه الطريقة ، يمكن للمستخدمين تحديد العديد من النتائج المورفومترية لشبكة الميتوكوندريا ، مثل العدد والحجم والطول ونسبة العرض إلى الارتفاع13،14،15. يمكن للمستخدمين الاستفادة من الصور المجهرية ثنائية الأبعاد أو ثلاثية الأبعاد للتقييمات المورفولوجية ، على الرغم من أن التحليل ثلاثي الأبعاد يوفر دقة وبصيرة أكبر لأن شبكة الميتوكوندريا تتكون من هياكل ثلاثية الأبعاد. لغرض تحليل الانشطار والاندماج ، يوصى باستخدام الصور المجهرية ذات المحور z لأن هذا يعوض بشكل أفضل عن الأبعاد الثلاثية لشبكة الميتوكوندريا16.

تتضمن العديد من الدراسات تصنيف الميتوكوندريا إلى حالات مجزأة أو خيطية أو وسيطة كوسيلة لوصف الشبكة16،17. يعد التحليل ثلاثي الأبعاد مفيدا بشكل خاص بسبب الأشكال المختلفة التي تتخذها الميتوكوندريا في الخلية. تضفي إضافة 3 أبعاد إلى دراسة المرء الثقة ، خاصة لعدد الميتوكوندريا ، حيث من المرجح أن تتحرك الميتوكوندريا إما لأعلى أو لأسفل على طول المحور z. MEL هو مكون إضافي ل ImageJ يعتمد على الصور الملتقطة ثلاثية الأبعاد18. هنا ، استخدمنا الخلايا العصبية الحصين للفأر GT1-7 الملطخة ب TMRE و Hoechst لتصور شبكة الميتوكوندريا وكذلك نواة الخلية. ثم تم وضع الخلايا من خلال خط أنابيب المعالجة المسبقة لتحسين جودة الصور المجهرية استعدادا لتحليل الصور.

تم توفير العديد من التقنيات التي تسمح بتحديد مورفولوجيا الميتوكوندريا بناء على المقاييس الثابتة. القليل منها يشمل أنشطة الانشطار والاندماج وتمكن من التقاط السلوك الديناميكي للميتوكوندريا كميا13،19،20،21. سنصف هنا بروتوكولا لتحسين الصورة قبل تحديد خصائص الشبكة ، مع التركيز على انشطار الميتوكوندريا ونشاط الاندماج. سنوضح كيف يمكن لهذه التقنية أن تكمل الطرق المنشورة سابقا لتحديد مورفولوجيا الميتوكوندريا.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

1. علاج الخلايا واكتساب الفحص المجهري

  1. زراعة خلايا GT1-7 في 8 أطباق حجرية في DMEM مكملة بنسبة 10٪ FBS و 1٪ Penstrep (وسائط كاملة). اسمح للخلايا بالالتصاق طوال الليل ثم عالجها ب 2.5 ملي مولار من هيدروكلوريد الميتفورمين المصنوع في DMEM مع 10٪ FBS لمدة 72 ساعة ، مع التأكد من استبدال الوسائط كل 24 ساعة. شارك في معالجة الخلايا ب 10 ميكرومتر CCCP قبل 6 ساعات من التصوير و 400 نانومتر من Bafilomycin A1 (Baf) قبل 4 ساعات من التصوير.
    ملاحظة: يمكن القيام بذلك مع أي خط خلية حقيقية النواة من اختيارك.
  2. قبل التصوير ، قم بإعداد مزيج من الوسائط الكاملة الدافئة مسبقا التي تحتوي على 5 نانومتر Hoechst و 100 نانومتر TMRE.
  3. استبدل وسائط المعالجة الخلوية بكوكتيل التصوير واترك وقت حضانة لمدة 10 دقائق قبل التصوير.
    ملاحظة: نظرا للنشاط الديناميكي للميتوكوندريا ، يجب تصوير الخلايا باستخدام مجهر مع غرفة حضانة مضبوطة على 37 درجة مئوية و 5٪ ثاني أكسيدالكربون 2.

2. التصوير

  1. خلايا الصورة التي تستخدم تكبير 100x مع 1.4 NA.
  2. اضبط طاقة الليزر بحيث تكون الطاقة منخفضة بما يكفي لتجنب التبييض الضوئي ، ~ 2٪. تأكد من أن سرعة المسح عالية. التقط الصور بدقة 512 × 512.
  3. اضبط الفواصل الزمنية للشريحة Z بين زيادات قدرها 0.25 ميكرومتر. لاتباع هذا البروتوكول ، قم بتصوير الخلايا بحيث تتكون من 10 مكدسات Z. احصل على خمسة أطر زمنية دون أي فاصل زمني بين الحصول على مكدس Z.
    ملاحظة: بمجرد تحسينه، لا ينبغي تعديل هذا البروتوكول بين مجموعات العلاج أو مجموعات التجارب، حيث تتطلب وحدات الماكرو المدرجة هنا توحيد بروتوكول التصوير عبر جميع الخلايا.

3. التقييم الحسابي

ملاحظة: تمت جميع المعالجة اللاحقة باستخدام ImageJ v1.53t. يمكن العثور على المكون الإضافي MEL ، بالإضافة إلى الوحدات النمطية الداعمة ، في https://github.com/rensutheart/MEL-Fiji-Plugin ، بينما يمكن العثور على جميع وحدات الماكرو المستخدمة في https://github.com/rensutheart/FMPP/tree/master/Sections.

  1. إعداد الصورة
    1. افتح الملف الخام في ImageJ.
    2. لاقتصاص خلايا متعددة من صورة مجهرية واحدة، ابدأ بتكرار الصورة حتى عدد الخلايا المفردة التي سيتم تحليلها.
    3. استخدم أداة مزامنة النوافذ وأداة الرسم اليدوي وضبط اللون لرسم منطقة اهتمام حول خلية محل اهتمام حيث توجد خلايا متعددة في مجال الرؤية (الشكل التكميلي S1).
    4. انقر فوق تحرير | واضح من الخارج.
    5. قم بتقسيم القناتين الحمراء والزرقاء عن بعضهما البعض واحفظ قناة الميتوكوندريا ك. ملف Tiff.
  2. إنشاء دالة انتشار النقاط وفك الالتفاف
    1. لإنشاء دالة انتشار النقاط (PSF) ، استخدم المكون الإضافي لمولد PSF باستخدام معلومات الميكروغراف المضمنة. انتقل إلى الإضافات | مولد PSF لفتح البرنامج المساعد. بالإضافة إلى ذلك، انتقل إلى صورة | عرض المعلومات... أو اضغط على I لفتح معلومات الصورة، وقم بالتمرير إلى الأسفل. باستخدام حجم وعمق الفوكسل ، من مربع إظهار المعلومات ، قم بتغيير حجم البكسل XY إلى 166.1 نانومتر والخطوة Z إلى 200 نانومتر. قم بتغيير الطول الموجي إلى 568 نانومتر ، والحجم XYZ لمطابقة دقة صورة تبلغ 512 × 512 ، ومكدس Z من 10 شرائح Z (الشكل التكميلي S2).
    2. انتقل إلى الإضافات | وحدات الماكرو | تحرير | وحدات ماكرو Deconvolution_time_lapse_mine.ijm.
    3. قم بتحرير خطوط الإدخال والإخراج واضغط على تشغيل (الشكل التكميلي S3).
  3. تحسين تباين الصورة وعدم وضوحها
    1. انتقل إلى الإضافات | وحدات الماكرو | تحرير | المعالجة المسبقة.ijm.
    2. ضمن وحدات الماكرو Preprocessing.ijm ، استخدم طرحا في الخلفية بنصف قطر كرة متدحرجة يساوي 6. قم بتعيين Sigma Filter Plus بحيث يكون نصف القطر مساويا ل 1 ، ووحدات البكسل المستخدمة تساوي 2 ، والحد الأدنى لكسر البكسل يساوي 0.2 ، مع كون المكون الإضافي مدركا للخارج. اضبط إعدادات CLAHE بحيث يكون حجم الكتلة 64 ؛ اضبط صناديق الرسم البياني على 256 ، والحد الأقصى للميل إلى 2.5 ، وجاما على 0.8.
      ملاحظة: تم تحسين جميع هذه الإعدادات لمجموعات البيانات الخاصة بنا، ويجب تحسين القيم لمجموعات البيانات البديلة قبل التقديم. يتم تطبيق تصفية Sigma لتنعيم الصورة ومزج وحدات البكسل القريبة بشكل فعال لضمان هياكل متسقة. يتم تطبيق التباين المحلي لزيادة التباين بين وحدات البكسل الفاتحة والداكنة وإلى جانب تغيير في جاما ، مما يعزز وجود هياكل الميتوكوندريا مع تقليل وحدات البكسل في الخلفية.
    3. قم بتغيير سطر الإدخال إلى المجلد الذي يحتوي على صور مجهرية خضعت لتفكيك الالتفاف (الشكل التكميلي S4).
    4. انقر فوق تشغيل.
  4. عتبة الصورة
    ملاحظة: على الرغم من أنه يمكن للمستخدمين الاستفادة من أي أداة عتبة يختارونها ، فإننا نوصي باستخدام المكون الإضافي للتكيف للعتبة بواسطة Qingzong Tseng (https://sites.google.com/site/qingzongtseng/adaptivethreshold).
    1. افتح ملفا مثيرا للاهتمام تم تعديله بواسطة وحدات الماكرو Preprocessed.ijm في ImageJ.
    2. انتقل إلى الإضافات | adaptiveThr.
    3. قم بتعيين الحد المحلي إلى المتوسط المرجح وحجم كتلة البكسل وفقا لتفضيلات المستخدم.
      ملاحظة: يجب أن يظل حجم كتلة البكسل متسقا بين الخلايا ، حيث تؤثر هذه القيمة على تقييمات أبعاد الميتوكوندريا مثل الحجم أو نسبة العرض إلى الارتفاع.
    4. لتحسين الوقت ، انقر فوق المعاينة واضبط حجم الكتلة بحيث يتم تضمين أكبر عدد ممكن من الميتوكوندريا بوضوح. اضبط أيضا قيمة الطرح لكل خلية للتخلص من الخلفية غير الضرورية. احفظ ملفات الميكروغراف في المجلدات المرتبطة بقيمة الطرح (الشكل التكميلي S5).
      ملاحظة: تتضمن وحدات الماكرو Threshold.ijm مرشح حجم للتخلص من الجسيمات الأصغر.
    5. حدد الإضافات | وحدات الماكرو | تحرير | Threshold.ijm.
    6. قم بتحرير الأسطر input_path و output_path ، بالإضافة إلى blockSize ، وطرح الأسطر في البرنامج النصي لوحدات الماكرو (الشكل التكميلي S6).
    7. انقر فوق تشغيل.
  5. الكشف عن أحداث الانشطار والاندماج بواسطة المكون الإضافي لموقع أحداث الميتوكوندريا (MEL)
    ملاحظة: تم تصميم MEL لمعالجة تسلسل الفاصل الزمني من مكدسات z التي تتكون من قناة واحدة، يتم حفظها كوحدة Tiff واحدة في كل مرة. على الرغم من أنه يمكن القيام بذلك عن طريق تغيير سطر الإدخال إلى ملف Tiff ذي العتبة محل الاهتمام ، إلا أننا سنوضح أيضا طريقة لمعالجة ملفات Tiff متعددة في وقت واحد باستخدام وظيفة التسلسل في ImageJ.
    1. افتح ما يصل إلى 10 صور مجهرية ذات عتبة تنتمي إلى نفس ظروف العلاج.
      ملاحظة: يجب أن تحتوي الصور المجهرية على نفس عدد شرائح z حتى يعمل ذلك.
    2. الانتقال إلى الصورة | مكدسات |أدوات | تسلسل واضغط على موافق.
    3. لإزالة النقاط الصغيرة المتبقية التي خلفتها العتبة ، انتقل إلى الإضافات | ملفات الصور المتكاملة | إزالة القيم المتطرفة. استخدم المعاينة لتعيين أحجام X وY لإزالة الأجزاء الضرورية.
    4. احفظ الملف المتسلسل بتنسيق Tiff.
    5. انتقل إلى الإضافات | وحدات الماكرو | تحرير | Quicktest_new.ijm وتحرير مسارات الإدخال والإخراج حسب الضرورة (الشكل التكميلي S7).
      ملاحظة: بمجرد الانتهاء، سيتم العثور على مجلد يسمى "MEL_results" في مجلد الإخراج مع جميع نتائج MEL. يتم عرضها على أنها أحداث الانشطار والاندماج التي تم اكتشافها في كل نقطة زمنية ، ويجب دائما إزالة النقطة الزمنية الأخيرة بسبب الطريقة التي يعمل بها MEL18.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Results

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

اختيار الخلايا المناسبة
يجب أن يدرك المستخدمون أن شبكة الميتوكوندريا تتغير اعتمادا على الحالة الانقسامية للخلية. إذا ظهرت النواة على شكل دمبل أو U ، أو إذا كانت هناك مساحة بالقرب من النواة مع نقص في إشارة التألق ، فقد يشير ذلك إلى أن الخلية تقترب من الانقسام. في هذه الحالة ، من المحتمل أن تخضع الميتوكوندريا للانشطار بسبب انقسام الخلايا وليس بسبب تدخل العلاج وتأثيره على الشبكة (الشكل التكميلي S8).

الميتفورمين هو دواء مضاد لمرض السكري ثبت أنه يحفز اندماج المي...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

على الرغم من وجود عدد متزايد من الأساليب لوصف مورفولوجيا الميتوكوندريا ، إلا أن هناك تقنيات محدودة متاحة لالتقاط ديناميكيات الميتوكوندريا بشكل كاف بطريقة كمية. بالإضافة إلى ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن مورفولوجيا شبكة الميتوكوندريا وكذلك الآليات التي تحكم هذا التشكل تختلف في طبيعتها. ينتج عن هذا شبكات مرتبطة باحتياجات الخلية ، بدءا من تكوين متفرع لتحسين إنتاج الطاقة إلى مناطق انشطار متميزة مؤقتا لتسهيل الانقسام24،25. يهدف هذا البروت...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

ليس لدى المؤلفين أي تضارب في المصالح للإعلان عنه.

Acknowledgements

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,

تم تمويل هذا البحث من قبل جامعة ستيلينبوش ، جنوب إفريقيا ، ومجلس البحوث الطبية في جنوب إفريقيا (SAMRC) ، والمؤسسة الوطنية للبحوث (NRF) في جنوب إفريقيا ، بالإضافة إلى المعاهد الكندية للبحوث الصحية (CIHR) ومجلس العلوم الطبيعية والبحوث الهندسية في كندا (NSERC).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
8 أطباق غرفةثيرموفيشر#Z734853
الحد المعدلhttps://sites.google.com/site/qingzongtseng/adaptivethreshold
بافيلومايسين A1مختبرات LKT#B0026
كربونيل سيانيد كلوروفينيل هيدرازون (CCCP)ميرك#C2759
المجهر متحد البؤركارل زايس إيه جيمنصة LSM780 ELYRA PS.1 فائقة الدقة
وسط النسر المعدل من Dulbecco (DMEM)ثيرموفيشر#341956062
مصل الأبقار الجنينية (FBS)سيجما ألدريتش#F0679
رابط Githubhttps://github.com/rensutheart/MEL-Fiji-Plugin
GraphPad Prism v7.06
خلايا GT1-7ATCCSCC116
هوكشتسيجما ألدريتشهاتف H6024
ImageJ v1.53tفيجي
وحدات الماكروhttps://github.com/rensutheart/FMPP/tree/master/Sections
الميتفورميندستور الأدوية الأوروبيM06050000
البنسلين / الستربتومايسين (PenStrep)سيجما ألدريتش#P4333
تي 25 ثانيةبيو سمارت ساينتيفك#70025
TMREثيرموفيشر#T669
التربسينسيجما ألدريتش#T4049

References

$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Sancak, Y., et al. Ragulator-rag complex targets mTORC1 to the lysosomal surface and is necessary for its activation by amino acids. Cell. 141 (2), 290-303 (2010).
  2. Bhabha, G., Johnson, G. T., Schroeder, C. M., Vale, R. D. How dynein moves along microtubules. Trends Biochem Sci. 41 (1), 94-105 (2016).
  3. Twig, G., et al. Fission and selective fusion govern mitochondrial segregation and elimination by autophagy. EMBO J. 27 (2), 433-446 (2008).
  4. Rana, A., et al. Promoting Drp1-mediated mitochondrial fission in midlife prolongs healthy lifespan of Drosophila melanogaster. Nat Commun. 8 (1), 1-14 (2017).
  5. Rolland, S. G., et al. Impaired complex IV activity in response to loss of LRPPRC function can be compensated by mitochondrial hyperfusion. Proc Natl Acad Sci U S A. 110 (32), E2967-E2976 (2013).
  6. Sgarbi, G., et al. Mitochondria hyperfusion and elevated autophagic activity are key mechanisms for cellular bioenergetic preservation in centenarians. Aging. 6 (4), 296-310 (2014).
  7. Mourier, A., et al. Mitofusin 2 is required to maintain mitochondrial coenzyme Q levels. J Cell Biol. 208 (4), 429-442 (2015).
  8. Ramos, E. S., et al. Mitochondrial fusion is required for regulation of mitochondrial DNA replication. PLoS Genet. 15 (6), e1008085(2019).
  9. Santos, D., Esteves, A. R., Silva, D. F., Januário, C., Cardoso, S. M. The impact of mitochondrial fusion and fission modulation in sporadic Parkinson's disease. Mol Neurobiol. 52 (1), 573-586 (2015).
  10. Joshi, A. U., Saw, N. L., Shamloo, M., Mochly-Rosen, D. Drp1/fis1 interaction mediates mitochondrial dysfunction, bioenergetic failure and cognitive decline in Alzheimer's disease. Oncotarget. 9 (5), 6128-6143 (2018).
  11. Torres, A., Rivera, B., Polanco, C., Jara, C., Tapia-Rojas, C. Phosphorylated tau as a toxic agent in synaptic mitochondria: Implications in aging and Alzheimer's disease. Neural Regen Res. 17 (8), 1645-1651 (2022).
  12. Yu, B., et al. Mitochondrial phosphatase PGAM5 modulates cellular senescence by regulating mitochondrial dynamics. Nat Commun. 11 (1), 2549(2020).
  13. Baek, M. L., et al. Mitochondrial structure and function adaptation in residual triple negative breast cancer cells surviving chemotherapy treatment. Oncogene. 42 (14), 1117-1131 (2023).
  14. Nag, S., et al. PGAM5 is an MFN2 phosphatase that plays an essential role in the regulation of mitochondrial dynamics. Cell Rep. 42 (8), 112895-112895 (2023).
  15. Robertson, G. L., et al. DRP1 mutations associated with EMPF1 encephalopathy alter mitochondrial membrane potential and metabolic programs. J Cell Sci. 136 (3), jcs260370(2023).
  16. Chaudhry, A., Shi, R., Luciani, D. S. A pipeline for multidimensional confocal analysis of mitochondrial morphology, function, and dynamics in pancreatic β-cells. Am J Physiol Endocrinol Metab. 318 (2), E87-E101 (2020).
  17. Bernhardt, D., Müller, M., Reichert, A. S., Osiewacz, H. D. Simultaneous impairment of mitochondrial fission and fusion reduces mitophagy and shortens replicative lifespan. Sci Rep. 5, 7885(2015).
  18. Theart, R. P., Kriel, J., Du Toit, A., Loos, B., Niesler, T. R. Mitochondrial event localiser (mel) to quantitatively describe fission, fusion and depolarisation in the three-dimensional space. PLoS ONE. 15 (12), e0229634(2020).
  19. McCarron, J. G., et al. From structure to function: Mitochondrial morphology, motion and shaping in vascular smooth muscle. J Vasc Res. 50 (5), 357-371 (2013).
  20. Peng, K., et al. The interaction of mitochondrial biogenesis and fission/fusion mediated by PGC-1α regulates rotenone-induced dopaminergic neurotoxicity. Mol Neurobiol. 54 (5), 3783-3797 (2017).
  21. Huang, Y. C., et al. Reduced mitochondria membrane potential and lysosomal acidification are associated with decreased oligomeric Aβ degradation induced by hyperglycemia: A study of mixed glia cultures. PLoS ONE. 17 (1), e0260966(2022).
  22. Martín-Maestro, P., et al. Slower dynamics and aged mitochondria in sporadic Alzheimer's disease. Oxidat Med Cell Longev. 2017, 9302761(2017).
  23. De Wet, S., et al. The highs and lows of memantine-an autophagy and mitophagy inducing agent that protects mitochondria. Cells. 12 (13), 1726-1726 (2023).
  24. Kleele, T., et al. Distinct fission signatures predict mitochondrial degradation or biogenesis. Nature. 593 (7859), 435-439 (2021).
  25. Jenkins, B. C., et al. Mitochondria in disease: Changes in shapes and dynamics. Trends Biochem Sci. 49 (4), 346-360 (2024).
  26. Izzo, A., et al. Metformin restores the mitochondrial network and reverses mitochondrial dysfunction in down syndrome cells. Hum Mol Genet. 26 (6), 1056-1069 (2017).
  27. Buchanan, E., et al. Propionic acid induces alterations in mitochondrial morphology and dynamics in SH-SY5Y cells. Sci Rep. 13 (1), 13248(2023).
  28. Rohani, A., Kashatus, J. A., Sessions, D. T., Sharmin, S., Kashatus, D. F. Mito hacker: A set of tools to enable high-throughput analysis of mitochondrial network morphology. Sci Rep. 10 (1), 18941(2020).
  29. Qiao, C., et al. Rationalized deep learning super-resolution microscopy for sustained live imaging of rapid subcellular processes. Nat Biotechnol. 41 (3), 367-377 (2023).
  30. Ding, Y., et al. Mitochondrial segmentation and function prediction in live-cell images with deep learning. Nat Commun. 16 (1), 743(2025).
  31. Ezzahoini, H., et al. SIRT4 interacts with OPA1 and regulates mitochondrial quality control and mitophagy. Aging. 10 (9), 2536-2536 (2017).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Tags

Mitochondrial MorphologyMitochondrial DynamicsFluorescence MicrographsMitochondrial FissionMitochondrial FusionThree Dimensional ImagingImageJ AnalysisMitochondrial NetworkDeconvolution MicroscopyMitochondrial Event Localizer

Related Articles