כאן, אנו מתארים בפירוט גישת מיקרוסקופ וידאו זמן-lapse למדידת הגיוס הזמני של EYFP-Parkin במהלך הסרה סלקטיבית של מיטוכונדריה פגומה. תהליך דינמי זה של הסרה תלויה ב-EYFP-Parkin של מיטוכונדריה פגומה יכול לשמש כאינדיקטור לבריאות התא בתנאי ניסוי שונים.
הרשמה ל-JoVE נדרשת לצפייה בתוכן זה. התחברו או התחילו בגרסת ניסיון בחינם.
מאמר שיטה
כאן, אנו מתארים בפירוט גישת מיקרוסקופ וידאו זמן-lapse למדידת הגיוס הזמני של EYFP-Parkin במהלך הסרה סלקטיבית של מיטוכונדריה פגומה. תהליך דינמי זה של הסרה תלויה ב-EYFP-Parkin של מיטוכונדריה פגומה יכול לשמש כאינדיקטור לבריאות התא בתנאי ניסוי שונים.
ניתן להגדיר מיקרוסקופ וידאו בזמן אמת של תאים חיים. טכניקה זו מסתמכת על איסוף תמונות בנקודות זמן שונות. ניתן להגדיר מרווחי זמן באמצעות ממשק מחשב השולט במצלמה המשולבת במיקרוסקופ. סוג זה של מיקרוסקופיה דורש הן את היכולת לרכוש אירועים מהירים מאוד והן את האות שנוצר על ידי המבנה התאי הנצפה במהלך אירועים אלה. לאחר איסוף התמונות, מורכב סרט של הניסוי כולו כדי להראות את הדינמיקה של האירועים המולקולריים המעניינים. למיקרוסקופ וידאו Time-lapse יש מגוון רחב של יישומים בתחום המחקר הביו-רפואי ומהווה כלי רב עוצמה וייחודי למעקב אחר הדינמיקה של האירועים התאיים בזמן אמת. באמצעות טכניקה זו, אנו יכולים להעריך אירועים תאיים כגון נדידה, חלוקה, העברת אותות, גדילה ומוות. יתר על כן, באמצעות בדיקות מולקולריות פלואורסצנטיות אנו מסוגלים לסמן מולקולות ספציפיות, כגון DNA, RNA או חלבונים ולעקוב אחריהן במסלולים ובתפקודים המולקולריים שלהן. למיקרוסקופ וידאו Time-lapse יתרונות מרובים, העיקרי שבהם הוא היכולת לאסוף נתונים ברמת התא הבודד, מה שהופך אותו לטכנולוגיה ייחודית לחקירה בתחום הביולוגיה של התא. עם זאת, למיקרוסקופ וידאו זמן-lapse יש מגבלות שעלולות להפריע לרכישת תמונות באיכות גבוהה. תמונות יכולות להיפגע על ידי שני גורמים חיצוניים; תנודות טמפרטורה, רעידות, לחות וגורמים פנימיים; pH, תנועתיות תאים. כאן, אנו מתארים פרוטוקול לרכישה דינמית של חלבון ספציפי, פרקין, המשולב עם החלבון הפלואורסצנטי הצהוב המשופר (EYFP) על מנת לעקוב אחר הסרה סלקטיבית של מיטוכונדריה פגומה, באמצעות גישת מיקרוסקופ וידאו זמן-lapse.
אוטופגיה מאקרו היא תהליך תוך-תאי הכרוך בפירוק קטבולי של רכיבים תאיים פגומים ולא מתפקדים, כגון אברונים וחלבונים לצורך מיחזור או ייצור אנרגיה. כדי ליזום תהליך מטבולי זה, התא בולע את מרכיבי התא הפגועים למבנה ממברנה כפולה, המכונה אוטופאגוזום, המתמזג עם ליזוזום ותכולתו מתפרקת וממוחזרת 1,2. ישנם שני סוגים עיקריים של אוטופגיה, לא סלקטיבי וסלקטיבי. תהליך האוטופגיה הלא סלקטיבי מתרחש כאשר התא נמצא בתנאי מחסור בחומרים מזינים וצריך לחפש חומרים מזינים חיוניים ואנרגיה. עם זאת, אוטופגיה סלקטיבית מתרחשת כדי לתווך את ההסרה של אברונים לא מתפקדים/פגומים וחלבונים שאחרת עלולים להיות רעילים. אחד מתהליכי האוטופגיה הסלקטיביים הנחקרים ביותר הוא הסרת מיטוכונדריה, המכונה מיטופגיה 1,3-5.
מיטוכונדריה הם האברונים המרכזיים לחילוף החומרים של התאים והמקור העיקרי לאדנוזין טריפוספט (ATP) באמצעות זרחון חמצוני דרך שרשרת הובלת האלקטרונים, חמצון חומצות שומן ומחזור חומצה טריקרבוקסילית (TCA). יתר על כן, המיטוכונדריה מווסתת את ייצור מיני החמצן התגובתי (ROS) ומשחררת חלבונים המשתתפים במסלולי מוות תאי 6-8.
PTEN המושרה על ידי קינאז 1 (PINK1) ופרקין RBR E3 יוביקוויטין ליגאז (פרקין) הם חלבוני המפתח המעורבים בתהליך המיטופגיה. פרקין יכול להגן מפני מוות תאים על ידי שמירה על בריאות התאים באמצעות בקרת איכות מיטוכונדריאלית9. עם אובדן פוטנציאל הממברנה המיטוכונדריאלית, פרקין ציטוזולי מגויס למיטוכונדריה על ידי PINK1. גיוס זה מעורר את האירועים הרציפים של מיטופגיה 10. יש מגוון רחב של ראיות לכך שמיטופאגיה היא תהליך בקרת איכות מיטוכונדריה בסיסי וחריגות בתהליך זה מניעות את המחלה 7. לדוגמה, מחלת פרקינסון אוטוזומלית רצסיבית נקשרה למוטציות בגנים המקודדים לפרקין ו-PINK1 (PARK2 ו-PINK1, בהתאמה) 11. בקרת האיכות של בריאות המיטוכונדריה חיונית להסרת מיטוכונדריה התורמים להצטברות ROS12. נוכחות מוגזמת של ROS תוך-תאי עלולה להוביל לנזק הן ל-DNA הגרעיני והן ל-DNA המיטוכונדריאלי (DNA ו-mt DNA, בהתאמה).
כאן, אנו מראים גישת מיקרוסקופ וידאו בהילוך מהיר כדי לעקוב אחר הצטברות פרקין לאחר השראת מיטופגיה בתיווך פרקין בפיברובלסטים עובריים של עכברים אימורטליים באמצעות מתן מבחנה של קרבוניל ציאניד 4-(טריפלואורומטוקסי)-פנילהידרזון (FCCP), חומר ניתוק. FCCP משבש את סינתזת ה-ATP על ידי קצר חשמלי של פרוטונים על פני קרום המיטוכונדריה החיצוני ומכאן ניתוק זרחון חמצוני משרשרת הובלת האלקטרונים 13. הפעלת הדפולריזציה של הממברנה המיטוכונדריאלית מובילה לשיבוש המיטוכונדריה ולהסרה סלקטיבית התלויה בפרקין. לכן, טרנספיקציה של התאים המעניינים עם וקטור ביטוי המקודד פרקין התמזג עם סמן פלואורסצנטי (חלבון פלואורסצנטי צהוב משופר, EYFP) יכולה לשמש כתג פלואורסצנטי כדי לעקוב אחר גיוס פרקין במהלך התהליך המיטופגי. על מנת לדמיין את המיטוכונדריה, ביצענו במשותף pDsRed2-Mito, המקודד חלבון פלואורסצנטי אדום (DsRed2) המכיל רצף מיקוד מיטוכונדריאלי של תת-יחידה VIII של ציטוכרום c אוקסידאז (Mito). pDsRed2-Mito מיועד לתיוג פלורסנט של מיטוכונדריה14. ניתן למדוד את הזמן הנדרש לטרנסלוקציה של פרקין לקרום המיטוכונדריה, והוא נותן מדד עקיף לבריאות התאים. לדוגמה, אנו יכולים לומר שאם קו תאים שנפגע עבור גן מסוים מעניין מראה גיוס מהיר או איטי יותר של פרקין לאחר השראת מיטופגיה על ידי FCCP, תוצר הגן הזה יהיה שחקן מפתח על מנת לשמור על קצב חילוף החומרים של התא במצב הפיזיולוגי ולמנוע התפתחות של מחלות. לכן, מיקרוסקופ הווידיאו Time-lapse מספק כלי רב עוצמה ליישומי מחקר בסיסיים וקליניים כאחד במעקב אחר הדינמיקה של חלבונים מסומנים במהלך התהליכים המולקולריים שלהם והבנת האופן שבו תהליכים אלה מושפעים במהלך מצב פתולוגי.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
1. Electroporation של פיברובלסטים עם שניהם הביטוי וקטורים EYFP-פרקין ו pDsRed2-מיטו
2. מיקרוסקופית זמן לשגות וידאו
.3 ניתוח
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
בזאת, אנו מראים כיצד מיקרוסקופיה וידאו זמן לשגות היא טכניקה רבת עוצמה, שניתן להשתמש בהם כדי לעקוב אחרי האירועים המולקולריים של חלבונים fluorescently-tagged בתא בודד. תוצאות הנציג גם להראות כיצד טכניקה זו מאפשרת לרכישת תמונות באיכות גבוהה. כאשר תמונות של תהליך מולקולארי, מתקבלים, יש לנו הזדמנות לנתח אותם בדרכים שונות. כאן, אנו מנתחים את מרווח הזמן בין תחילת תהליך mitophagy המושרה, המהווה את תהליך מולקולארי חיוני לשמור על הומאוסטזיס הסלולר סלקט...
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
זמן לשגות מיקרוסקופי יכול להיות מוגדר כ הטכניקה המשתרע הדמית תא חי מתוך התבוננות יחידה בזמן כדי התצפית של דינמיקה הסלולר על פני תקופות זמן ארוכות. מתודולוגיה זו להבדיל confocal פשוטה או במיקרוסקופ תא החי משום שהוא מאפשר לצופה לזהות בזמן אמת חלבון יחיד ניאון מתויג אחרי הדינמי שלה בתוך תא חי בודד. למעשה, מיקרוסקופיה confocal יכולה בקלות מזהה חלבונים שכותרתו חיסוניים באמצעות נוגדן פלורסנט, אך היא אינה מאפשרת התבוננות התא והאירוע המולקולרי החייה בסביבה שלה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
למחברים אין מה לחשוף.
עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי מענקי NIH (1R01CA137494, R01CA132115, R01CA086072 ל-R.G.P.), מענק הליבה של מרכז הסרטן של מרכז הסרטן של קימל NIH P30CA056036 (R.G.P.), מענק מהקרן לחקר סרטן השד, מענקים נדיבים מקרן המחקר הרפואי של ד"ר ראלף ומריאן סי פאלק (R.G.P.) ומענק ממשרד הבריאות של פנסילבניה (R.G.P). עבודה זו נתמכה בחלקה על ידי מלגת פוסט-דוקטורט של הקרן האמריקאית האיטלקית לסרטן (G.D.) ומשאב משותף להדמיה ביולוגית של מרכז הסרטן סידני קימל (NCI 5, P30, CA-56036). המחלקה מתנערת באופן ספציפי מאחריות לניתוח, פרשנויות או מסקנות. אין ניגודי אינטרסים הקשורים לכתב היד הזה.
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.
| שם | חברה | מספר קטלוג | הערות |
|---|---|---|---|
| DMEM | Corning Life Science | 10-013-CV | טרום חימום ב-37 & #176; C לפני השימוש |
| DMEM ללא פנול | Corning Life Science | 17-205-CV | טרם חימום ב-37 & #176; C לפני השימוש |
| סרום בקר עוברי | Sigma-Aldrich | F2442 | טרם חימום ב-37 & #176; C לפני השימוש |
| L-גלוטמין | Gibco | 25030 | יש לחמם מראש ב-37 ° C לפני השימוש |
| פניצילין/סטרפטומיצין | Corning Life Science | 30-002-CI | טרום חימום ב-37 ° C לפני השימוש |
| וקטור ביטוי EYFP-PARKIN | Addgene | 23955 | |
| pDsRed2-Mito וקטור ביטוי | Clontech | 632421 | |
| Nucleofector 2B מכשיר | LONZA | AAD-1001S | |
| נוקלאופקטור לערכה R NIH/3T3 | LONZA | VCA-1001 | |
| ZEISS AXIOVERT 200M מיקרוסקופ הפוך | CARL ZEISS | ||
| קרבוניל ציאניד 4-(טריפלואורומטוקסי)-פנילהידרזון (FCCP) | סיגמא-אולדריץ' | C2920 | |
| MetaMorph | מכשירים מולקולריים | בונה | |
| ImageJ | בונה | של המכון הלאומי לבריאות |
הגישה מוגבלת. התחברו או התחילו תקופת ניסיון כדי לצפות בתוכן זה.