Medición del potencial de membrana mitocondrial in vivo utilizando un indicador de voltaje codificado genéticamente

Run-Zhou Yang; Dian-Dian Wang; Sen-Miao Li; Pei-Pei Liu; Jian-Sheng Kang

doi:10.3791/67911

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Artículo de método

Medición del potencial de membrana mitocondrial in vivo utilizando un indicador de voltaje codificado genéticamente

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DOI:

10.3791/67911

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21 de febrero de 2025

Run-Zhou Yang¹ , Dian-Dian Wang²^,³ , Sen-Miao Li²^,³ , Pei-Pei Liu¹ , Jian-Sheng Kang¹^,²^,³

¹Clinical Systems Biology Laboratories, The First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, ²Department of Neurology, The First Affiliated Hospital of Zhengzhou University, ³The Academy of Medical Sciences, Zhengzhou University

Autores correspondientes: Run-Zhou Yang <yangrunzhou@sibs.ac.cn>, Jian-Sheng Kang <kjs@zzu.edu.cn>

En este artículo

Resumen

Este protocolo describe la aplicación de indicadores de voltaje codificados genéticamente (GEVI) dirigidos a mitocondrias. Estos GEVI ofrecen una ventaja significativa sobre los colorantes tradicionales de potencial de membrana mitocondrial al permitir el monitoreo específico, in vivo y en tiempo real del potencial de membrana mitocondrial.

Resumen

El potencial de membrana mitocondrial (MMP, ΔΨ_m) es crítico para las funciones mitocondriales, incluida la síntesis de ATP, el transporte de iones, la generación de especies reactivas de oxígeno (ROS) y la importación de proteínas codificadas por el núcleo. Los métodos existentes para medir ΔΨ_m suelen utilizar colorantes catiónicos lipofílicos, como la rodamina 800 y el éster metílico de tetrametilrodamina (TMRM), pero están limitados por su baja especificidad y no son adecuados para aplicaciones in vivo . Para abordar estas limitaciones, hemos desarrollado un protocolo novedoso que utiliza indicadores de voltaje codificados genéticamente (GEVI). Los indicadores de voltaje codificados genéticamente (GEVI), que generan señales fluorescentes en respuesta a cambios en el potencial de la membrana, han demostrado un potencial significativo para monitorear los potenciales de la membrana plasmática y neuronales. Sin embargo, su aplicación a las membranas mitocondriales sigue sin explorarse. Aquí, desarrollamos GEVI basados en proteínas dirigidos a mitocondriales capaces de detectar fluctuaciones de ΔΨm en las células y la corteza motora de animales vivos. El indicador de potencial mitocondrial (MPI) ofrece un enfoque no invasivo para estudiar la dinámica de ΔΨ_m en tiempo real, proporcionando un método para investigar la función mitocondrial tanto en condiciones normales como patológicas.

Introducción

Las mitocondrias son orgánulos esenciales en las células eucariotas, que sirven como proveedores primarios de energía a través de la generación de trifosfato de adenosina (ATP), al tiempo que realizan una variedad de otras funciones cruciales, como la síntesis de metabolitos, la amortiguación de iones de calcio, la producción de calor y la regulación^{de la supervivencia} celular. Sus funciones son particularmente críticas en tejidos altamente metabólicos como el cerebro y el corazón, donde ayudan a mantener la homeostasis celular. El potencial de membrana mitocondrial (MMP, Ψ_m) es fundamental para esto....