Method Article

כימות מבוסס תמונה בתפוקה גבוהה של סינתזה והפצה של DNA מיטוכונדריאלי

DOI:

10.3791/65236

May 5th, 2023

In This Article

Summary

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

מתואר הליך לחקר הדינמיקה של מטבוליזם של דנ"א מיטוכונדריאלי (mtDNA) בתאים באמצעות פורמט צלחת מרובת בארות והדמיה אימונופלואורסצנטית אוטומטית כדי לזהות ולכמת סינתזה והפצה של mtDNA. זה יכול לשמש גם כדי לחקור את ההשפעות של מעכבים שונים, לחצים תאיים והשתקת גנים על חילוף החומרים mtDNA.

Abstract

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

הרוב המכריע של תהליכים תאיים דורשים אספקה רציפה של אנרגיה, המוביל הנפוץ ביותר של אשר הוא מולקולת ATP. תאים אאוקריוטים מייצרים את רוב ה-ATP שלהם במיטוכונדריה על ידי זרחן חמצוני. מיטוכונדריה הם אברונים ייחודיים מכיוון שיש להם גנום משלהם המשוכפל ומועבר לדור הבא של התאים. בניגוד לגנום הגרעיני, ישנם עותקים רבים של הגנום המיטוכונדריאלי בתא. המחקר המפורט של המנגנונים האחראים לשכפול, תיקון ותחזוקה של הגנום המיטוכונדריאלי חיוני להבנת תפקודם התקין של מיטוכונדריה ותאים שלמים בתנאי נורמליות ומחלות כאחד. כאן מוצגת שיטה המאפשרת כימות בתפוקה גבוהה של סינתזה והפצה של DNA מיטוכונדריאלי (mtDNA) בתאים אנושיים בתרבית חוץ גופית . גישה זו מבוססת על זיהוי אימונופלואורסצנטי של מולקולות DNA מסונתזות באופן פעיל המסומנות על ידי שילוב 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU) וזיהוי בו זמנית של כל מולקולות mtDNA עם נוגדנים נגד DNA. נוסף על כך, מדמיינים את המיטוכונדריה בעזרת צבעים או נוגדנים ספציפיים. גידול תאים בפורמט רב-באר ושימוש במיקרוסקופ פלואורסצנטי אוטומטי מקלים על חקר הדינמיקה של mtDNA והמורפולוגיה של המיטוכונדריה במגוון תנאי ניסוי בזמן קצר יחסית.

Introduction

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

עבור רוב התאים האיקריוטים, מיטוכונדריה הם אברונים חיוניים, שכן הם ממלאים תפקיד מכריע בתהליכים תאיים רבים. בראש ובראשונה, מיטוכונדריה הם ספקי האנרגיה העיקריים של תאים1. מיטוכונדריה מעורבים גם בוויסות הומאוסטזיס תאי (לדוגמה, חמצון-חיזור תוך-תאי2 ומאזן הסידן3), איתות תאי 4,5, אפופטוזיס6, סינתזה של תרכובות ביוכימיות שונות7,8, והתגובה החיסונית המולדת9. תפקוד לקוי של המיטוכונדריה קשור למצבים פתולוגיים שונים ולמחלות אנושיות10.

תפקוד המיטוכונדריה תלוי במידע הגנטי הנמצא בשני גנומים נפרדים: הגנום הגרעיני והמיטוכונדריאלי. הגנום המיטוכונדריאלי מקודד מספר קטן של גנים בהשוואה לגנום הגרעיני, אך כל הגנים המקודדים ב-mtDNA חיוניים לחיי האדם. מנגנון החלבונים המיטוכונדריאליים הדרוש לשמירה על mtDNA מקודד על ידי nDNA. המרכיבים הבסיסיים של הרפליזום המיטוכונדריאלי, כמו גם כמה גורמים ביוגנזה מיטוכונדריאלית, כבר זוהו (נסקרו במחקר קודם11,12). עם זאת, מנגנוני השכפול והתחזוקה של הדנ"א המיטוכונדריאלי עדיין רחוקים מלהיות מובנים. בניגוד ל-nDNA, הגנום המיטוכונדריאלי קיים במספר עותקים, מה שמספק שכבה נוספת לוויסות ביטוי גנים מיטוכונדריאליים. הרבה פחות ידוע כיום על התפלגות והפרדה של mtDNA בתוך אברונים, באיזו מידה תהליכים אלה מוסדרים, ואם כן, אילו חלבונים מעורבים13. דפוס ההפרדה הוא חיוני כאשר תאים מכילים אוכלוסייה מעורבת של mtDNA מסוג בר ומוטציה. התפלגות לא שוויונית שלהם עלולה להוביל ליצירת תאים עם כמות מזיקה של mtDNA מוטציה.

עד כה, הגורמים החלבוניים הדרושים לתחזוקת mtDNA זוהו בעיקר בשיטות ביוכימיות, ניתוחים ביואינפורמטיים או באמצעות מחקרים הקשורים למחלות. בעבודה זו, על מנת להבטיח סיכוי גבוה לזיהוי גורמים שחמקו בעבר מזיהוי, מתוארת אסטרטגיה שונה. השיטה מבוססת על תיוג של mtDNA במהלך שכפול או תיקון עם 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU), אנלוג נוקלאוזיד של תימידין. BrdU משולב בקלות בגדילי דנ"א מתהווים במהלך סינתזת דנ"א, ובאופן כללי, משמש לניטור שכפול דנ"א גרעיני14. עם זאת, ההליך שפותח כאן הותאם לאיתור BrdU המשולב ב- mtDNA באמצעות אימונופלואורסנציה של נוגדנים נגד BrdU.

הגישה מאפשרת כימות בתפוקה גבוהה של סינתזת mtDNA והפצה בתאים אנושיים בתרבית חוץ גופית. יש צורך באסטרטגיית תפוקה גבוהה כדי לבצע בדיקות בתנאי ניסוי שונים בזמן קצר יחסית; לכן, מוצע בפרוטוקול להשתמש בפורמט רב בארות לתרבית תאים ומיקרוסקופ פלואורסצנטי אוטומטי להדמיה. הפרוטוקול כולל העברה של תאי HeLa אנושיים עם ספריית siRNA וניטור עוקב של שכפול או תיקון mtDNA באמצעות תיוג מטבולי של DNA מסונתז חדש עם BrdU. גישה זו משולבת עם immunostaining של ה- DNA בעזרת נוגדנים anti DNA. שני הפרמטרים מנותחים באמצעות מיקרוסקופ פלואורסצנטי כמותי. נוסף על כך, מדמיינים מיטוכונדריה באמצעות צבע מסוים. כדי להדגים את הספציפיות של הפרוטוקול, צביעת BrdU נבדקה על תאים נטולי mtDNA (תאי rho0), על תאי HeLa על השתקה של גורמי תחזוקה ידועים של mtDNA, ועל תאי HeLa לאחר טיפול במעכב שכפול mtDNA. רמות mtDNA נמדדו גם בשיטה עצמאית, כלומר qPCR.

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

Protocol

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

1. הכנת תערובת siRNA

  1. יום לפני תחילת הניסוי, תאי זרע (למשל, HeLa) על צלחת של 100 מ"מ, כך שהם מגיעים למפגש של 70%-90% למחרת.
    הערה: כל הפעולות חייבות להתבצע בתנאים סטריליים בתא זרימה למינרי.
  2. הכינו את הכמות המתאימה של siRNA מדולל לריכוז של 140 ננומטר בתווך Opti-MEM (ראו טבלת חומרים). צלחת 96 בארות יכולה לשמש כמאגר.
  3. הוסף 5 μL של תמיסת siRNA (או מדיום Opti-MEM עבור דגימות הבקרה) לכל באר של מיקרו-צלחת שחורה של תרבית תאים בת 384 בארות.
    הערה: בהתאם למספר דגימות ה-siRNA שנבדקו, ניתן להשתמש בפיפט אלקטרוני או רב-ערוצי.
  4. הכן את הכמות המתאימה של תמיסת מגיב טרנספקציה RNAiMAX (ראה טבלת חומרים) בתווך Opti-MEM. הוסף 1 μL של RNAiMAX עבור כל 100 μL של בינוני.
  5. הוסף 10 μL של תמיסת מגיב transfection לכל באר של צלחת 384 באר. הדרך הנוחה והמהירה ביותר לעשות זאת היא עם מתקן מגיב.
  6. לדגור את siRNA עם מגיב transfection במשך 30 דקות בטמפרטורת החדר.

2. הכנת תאים לטרנספקציה

  1. במהלך הדגירה (שלב 1.6), שאפו את המדיום באמצעות מכשיר יניקה (ראו טבלת חומרים), ושטפו את התאים עם 3 מ"ל PBS.
  2. הוסף 1.5 מ"ל של טריפסין מדולל 1: 2 ב PBS, ולדגור את התאים ב 37 ° C במשך 10 דקות.
  3. בדוק אם התאים התנתקו; אם כן, הוסף 3 מ"ל של מדיום DMEM עם 10% FBS. להשעות את התאים ביסודיות, ולהעביר אותם צינור 15 מ"ל. קח לפחות 150 μL של התרחיף, וספור את התאים בתא ספירת תאים (ראה טבלה של חומרים).
  4. הכינו תרחיף תאים בריכוז המתאים (35,000/מ"ל לקו HeLa) בתווך DMEM עם 10% FBS, פניצילין וסטרפטומיצין.

3. טרנספקציה של תאים

  1. הוסף 20 μL של תרחיף התא לכל באר של צלחת 384 באר באמצעות מתקן מגיב. התוצאה תהיה 700 תאים שנזרעו לכל באר.
  2. לדגור על התאים במשך שעה אחת בטמפרטורת החדר, ולאחר מכן להניח אותם באינקובטור במשך 72 שעות (37 ° C ו 5% CO2).

4. התאגדות BrdU

  1. הכינו תמיסה של 90 מיקרומטר של BrdU (ראו טבלת חומרים) בתווך DMEM עם 10% FBS.
  2. 56 שעות לאחר התמרת siRNA (16 שעות לפני קיבוע התא), הוסף 10 μL של 90 מיקרומטר תמיסת BrdU לכל באר של צלחת 384 בארות (ריכוז BrdU הסופי הוא 20 μM).
    הערה: יש לבצע את הפעולה מהר ככל האפשר; לכן, עדיף להשתמש מתקן מגיב, פיפטה אלקטרונית, או פיפטה רב מתקן. זכור להכין בארות בקרה ללא תוספת של BrdU.
  3. לדגור על התאים במשך 16 שעות (37 ° C ו 5% CO2).

5. תיוג מיטוכונדריה

  1. הכינו תמיסה של 20 מיקרומטר של BrdU ב-DMEM עם 10% FBS, והוסיפו לה את תמיסת הצבע למעקב מיטוכונדריה (ראו טבלת חומרים) לריכוז של 1.1 מיקרומטר.
  2. 15 שעות לאחר תחילת שילוב BrdU (שעה אחת לפני קיבוע התא), הוסף 10 μL של תמיסת צבע מעקב מיטוכונדריה (ראה טבלת חומרים) לכל באר של צלחת 384 בארות (ריכוז הצבע הסופי הוא 200 ננומטר).
    הערה: השתמש במתקן מגיבים, פיפטה אלקטרונית או פיפטה מרובת מתקנים. זכור לשמור על בארות שליטה ללא תוספת של BrdU אלא עם תוספת של צבע מעקב מיטוכונדריה.
  3. לדגור על התאים במשך 1 שעות (37 ° C ו 5% CO2).

6. קיבוע תאים

הערה: כל הכביסה מתבצעת בצורה הנוחה ביותר באמצעות מכונת כביסה microplate, בעוד תוספת של ריאגנטים מתבצעת במהירות הגבוהה ביותר באמצעות מתקן מגיב.

  1. באמצעות מכונת הכביסה microplate (ראה טבלה של חומרים), לשטוף כל באר פעמיים עם 100 μL של PBS. לאחר הכביסה השנייה, להשאיר 25 μL של PBS בבאר.
    הערה: השארת PBS בבאר מפחיתה את הסבירות לניתוק תאים במהלך הוספת נוזל בשלב הבא. כל השטיפות הושלמו עם PBS נשאר בפנים; לכן, התמיסה שנוספה בשלב הבא צריכה תמיד להיות מוכנה בריכוז של פי 2 מכיוון שהיא תתווסף בנפח שווה ל- PBS הנותר.
  2. תקן את התאים על ידי הוספת 25 μL של תמיסת פורמלדהיד 8% ב- PBS עם 0.4% Triton X-100 ו- Hoechst 33342 בריכוז של 4 מיקרוגרם / מ"ל (הריכוזים הסופיים של ריאגנטים בודדים הם 4%, 0.2% ו- 2 מיקרוגרם / מ"ל, בהתאמה) (ראה טבלת חומרים).
  3. דוגרים על הצלחת בחושך בטמפרטורת החדר למשך 30 דקות.

7. חסימה

  1. יש לשטוף כל באר ארבע פעמים עם 100 מיקרוליטר של PBS. לאחר השטיפה האחרונה, להשאיר 25 μL של PBS בבאר.
  2. הוסף 25 μL של 6% BSA ב- PBS (ריכוז BSA הסופי הוא 3%) לכל באר.
  3. דוגרים על הצלחת בחושך בטמפרטורת החדר למשך 30 דקות.

8. הוספת הנוגדנים הראשוניים

  1. שואפים את BSA באמצעות מכונת כביסה microplate, ולהשאיר 10 μL של פתרון בבאר.
  2. הוסף 10 μL של תמיסת הנוגדנים הראשונית שהוכנה ב -3% BSA ב- PBS. השתמשו באנטי-BrdU ב-0.8 מיקרוגרם/מ"ל ובאנטי-דנ"א ב-0.4 מיקרוגרם/מ"ל (הריכוזים הסופיים של נוגדנים הם 0.4 מיקרוגרם/מ"ל ו-0.2 מיקרוגרם/מ"ל, בהתאמה) (ראו טבלת חומרים).
  3. לדגור את הצלחת בחושך ב 4 ° C במשך הלילה.

9. הוספת נוגדנים משניים

  1. יש לשטוף כל באר ארבע פעמים עם 100 מיקרוליטר של PBS. לאחר השטיפה האחרונה, להשאיר 10 μL של PBS בבאר.
  2. הוסף 10 μL של תמיסת נוגדנים משנית 4 מיקרוגרם/מ"ל שהוכנה ב-6% BSA ב-PBS (הריכוז הסופי הוא 2 מק"ג/מ"ל). השתמש בנוגדנים ספציפיים לאיזוטיפ (IgG1 נגד עכבר ונגד עכבר IgM) מצומדים לפלואורוכרום כגון Alexa Fluor 488 ו- Alexa Fluor 555 (ראה טבלת חומרים).
  3. דוגרים על הצלחת בחושך בטמפרטורת החדר למשך שעה.
  4. יש לשטוף כל באר ארבע פעמים עם 100 מיקרוליטר של PBS. לאחר הכביסה האחרונה, להשאיר 50 μL של PBS בבאר.
  5. אטמו את הצלחת בסרט איטום דביק (ראו טבלת חומרים), ואחסנו אותה בחושך בטמפרטורה של 4°C. יש לבצע הדמיה תוך שבועיים.

10. הדמיה

הערה: יש לבצע הדמיה באמצעות מיקרוסקופ אוטומטי בעל שדה רחב; המיקרוסקופ חייב להיות מצויד בשלב מנוע המסופק עם פקדים כדי לצלם אזורים בודדים של הצלחת באופן אוטומטי.

  1. בדוק את הגדרות המיקוד האוטומטי באזורים הפינתיים של הצלחת (בארות A1, A24, P24, P1) ובמרכז.
    הערה: להדמיה, מומלץ להשתמש ביעד מרחק עבודה קצר פי 20 (ראה טבלת חומרים) עם הצמצם המספרי הגבוה ביותר האפשרי.
  2. בהתבסס על היסטוגרמות העוצמה שנוצרו על-ידי תוכנת ההדמיה במצב תצוגה חיה, בחרו זמן חשיפה ארוך מספיק לערוצי הפלואורסצנטיות הבודדים, כך שהתמונה המתקבלת לא תהיה רוויה יתר על המידה.
  3. הגדר את מספר המישורים המתאים להדמיה על ציר z.
    הערה: שדה הראייה בהגדלה של 20x גדול מספיק כך שלא כל התאים נמצאים באותו מישור מיקוד, ולכן יש לבצע חתך z כדי להציג את כל התאים במישור המיקוד הנכון שלהם. בדרך כלל, חמישה מטוסים מספיקים. בהתאם לזמינות שטח הדיסק, ניתן לשמור ערימות z בודדות או רק הקרנות בעוצמה מרבית. ניתוח התמונה המוצג בסעיף התוצאות המייצגות מבוסס על הקרנות בעוצמה מרבית.
  4. בחר את מספר שדות הראייה המתאים להצגה לכל באר.
    הערה: בהתאם למפגש, ניתן לצלם כ- 60-300 תאים בשדה ראייה אחד. בדרך כלל, עבור תאי HeLa עם מפגש של 60%-90%, הדמיה של חמישה שדות ראייה תאפשר לנתח מ-500 תאים ליותר מ-1,000 תאים.
  5. בחר את הבארות שברצונך לצלם והתחל בהדמיה.

11. ניתוח תמונה כמותי

הערה: ניתן לבצע ניתוח כמותי של תמונות שנרכשו באמצעות תוכנת קוד פתוח כגון Cell Profiler15. במחקר הנוכחי, הניתוח בוצע באמצעות תוכנת ScanR 3.0.0 (ראה טבלת חומרים).

  1. התחל את הניתוח על ידי ביצוע תיקון רקע עבור כל התמונות מכל ערוצי הפלואורסצנציה. בהתאם לגודל העצמים שנותחו, בחרו את גודל המסנן המתאים: 80 פיקסלים לגרעיני תאים ו-4 פיקסלים לכתמי BrdU ו-mtDNA.
  2. התחילו לפלח את התמונה על ידי יצירת מסיכה של העצם הראשי בהתבסס על היחס בין עוצמת האות הפלואורסצנטי לרקע של הערוץ המתאים לגרעיני התא.
  3. צרו מסיכות לתת-עצמים המייצגים את כתמי BrdU ו-mtDNA, בהתאמה, באמצעות תעלות פלואורסצנטיות המתאימות למבנים הנתונים.
    הערה: כל תת-אובייקט מוקצה לאובייקט הראשי הקרוב ביותר (גרעין התא).
  4. קבעו את הפרמטרים שיימדדו במהלך הניתוח, ומדו את עוצמת הפיקסלים הבודדים בכל מסיכה עבור כל ערוצי הפלואורסצנטיות.
    הערה: כמו כן, יש לחשב את מספר תת-האובייקטים שהוקצו לגרעין תא נתון ואת השטח של כל תת-אובייקט.
  5. הגדר את הפרמטרים הנגזרים שיחושבו בהתבסס על הנתונים המתקבלים. כדי לקבל את העוצמות הפלואורסצנטיות הכוללות עבור ערוץ BrdU או mtDNA, סכמו את העוצמות של כל תת-האובייקטים שהוקצו לגרעין תא נתון. כדי לקבל את עוצמת הפלואורסצנטיות הממוצעת, חלק את עוצמת הפלואורסצנטיות הכוללת בסכום השטח של תת-העצמים שהוקצו לגרעין תא נתון.
    הערה: כדי להבטיח שתת-האובייקט שנוצר (BrdU או mtDNA spot) אכן ממוקם במיטוכונדריה, יש צורך לשער אותם בהתבסס על עוצמת הפלואורסצנטיות של צבע מעקב המיטוכונדריה.
  6. בצע ניתוח נוסף של הנתונים המתקבלים באמצעות תוכנת ScanR באמצעות התוכנה הסטטיסטית R 4.2.216 יחד עם החבילות הבאות: dplyr 17, data.table18, ggplot219 ו- ggpubr20. שלב זה הוא אופציונלי.

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

Results

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

סכימה של ההליך לחקר התפוקה הגבוהה של הדינמיקה של סינתזה והפצה של mtDNA מוצגת באיור 1. השימוש בפורמט של צלחת מרובת בארות מאפשר ניתוח סימולטני של תנאי ניסוי רבים ושונים, כגון השתקה של גנים שונים באמצעות ספריית siRNA. התנאים המשמשים לתיוג של מולקולות דנ"א מסונתזות חדשות עם BrdU מאפשרים זיהוי של דנ"א המסומן ב-BrdU במיטוכונדריה של תאי HeLa (איור 2A), אולם יכולים לשמש גם כתנאי התחלה להגדרת הבדיקה עבור סוגי תאים אחרים. יש לבחור את זמן הדגירה עם BrdU עבור שורות תאים בוד...

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

Discussion

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

מבחינה היסטורית, תיוג DNA על ידי שילוב BrdU וזיהוי נוגדנים שימש בשכפול DNA גרעיני ומחקר מחזור התא 14,27,28. עד כה, כל הפרוטוקולים לזיהוי DNA המסומן ב- BrdU כללו שלב דנטורציה של DNA (חומצי או תרמי) או עיכול אנזים (DNase או פרוטאינאז) כדי לאפשר חשיפה לאפיטופים ולהקל על חדירת נוגדנים. פרוטוקולים אלה פותחו עבור דנ"א גרעיני צפוף. עם זאת, הארגון השונה של mtDNA איפשר פיתוח של הליך ללא שלב הדנטורציה; זה פישט את ההליך והפך אותו מתאים יות...

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

Disclosures

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

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

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

עבודה זו נתמכה על ידי המרכז הלאומי למדע, פולין (מספר מענק/פרס: 2018/31/D/NZ2/03901).

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

Materials

List of materials used in this article
NameCompanyCatalog NumberComments
2&פריים;,3&פריים;-דידאוקסיציטידין (ddC)סיגמא-אולדריץ'D5782
384  ובכן מיקרו-לוחות תרבית תאים,שחור גריינר Bio-One#781946
5-Bromo-2′-deoxyuridine (BrdU)Sigma-AldrichB5002-1Gממיסים אבקת BrdU במים לתמיסת מלאי של 20 מ"מ ו-aliquot. לשימוש ב-20 ומעלה; פתרון M BrdU לתיוג.
סרט איטום דבקNerbe Plus04-095-0060
Alexa Fluor 488 עז נגד עכבר IgG1 נוגדן משניThermo Fisher ScientificA-21121
Alexa Fluor 555 עז נגד עכבר IgM נוגדן משניThermo Fisher ScientificA-21426
BioTek 405 LS מכונת כביסה מיקרו-פלטותAgilent
בקר סרום אלבומין (BSA)תא ספירת תאים Sigma-AldrichA4503
תומאהיינץ הרנץREF:1080339
מדיום הנשר השונה של דולבקו (DMEM)CytivaSH30243.01
מדיום הנשר השונה של דולבקו (DMEM)תרמו פישר סיינטיפיק41965-062
סרום בקר עוברי (FBS)תרמו פישר סיינטיפיק10270-106
תמיסת פורמלדהידSigma-AldrichF1635פורמלדהיד רעיל; אנא קרא בעיון את גיליון נתוני הבטיחות.
Hoechst 33342Thermo Fisher ScientificH3570
IgG1 עכבר חד שבטי אנטי-BrdU (IIB5) נוגדן ראשוניסנטה קרוז ביוטכנולוגיהsc-32323
IgM עכבר חד-שבטי אנטי-DNA (AC-30-10) נוגדן ראשוניProgen#61014
LightCycler 480 SystemRoche
Lipofectamine RNAiMAX TransfectionReagent Thermo פישר סיינטיפיק#13778150
MitoTracker אדום עמוק FMתרמו פישר סיינטיפיקM22426צבע מעקב מיטוכונדריה 
Multidrop Combi Reagent DispenserThermo Fisher Scientific
Opti-MEMThermo Fisher Scientific51985-042
Orca-R2 (C10600) מצלמת CCDהמאמאטסו
פניצילין-סטרפטומיצין Sigma-AldrichP0781-100ML
מי מלח חוצץ פוספט (PBS)Sigma-AldrichP4417-100TAB
PowerUp SYBR Green Master MixThermo Fisher ScientificA25742
qPCR פריימר Fw B2M (התייחסות)CAGGTACTCCAAAGATTCAGG 
פריימר qPCR Fw GPI (גן ייחוס)GACCTTTACTACCCAGGAGA
qPCR פריימר Fw MT-ND1 TAGCAGAGACCAACCGAACC 
פריימר qPCR Fw POLGTGGAAGGCAGGCATGGTCAAACC
qPCR פריימר Fw TFAMGATGAGTCTGCCTCTCTTTAT
qPCR פריימר Fw TWNKGCCATGTGACACTGGTCATT
qPCR פריימר Rev B2M (התייחסות)GTCAACTTCAATGTCGGATGG 
פריימר qPCR Rev GPI (גן ייחוס)AGTAGACAGGGCAACAAAGT
qPCR פריימר Rev MT-ND1 ATGAAGAATAGGGCGAAGGG 
qPCR פריימר Rev POLGGGAGTCAGAACACCTGGCTTTGG
qPCR primer Rev TFAMGGACTTCTGCCAGCATAATA
qPCR primer Rev TWNKAACATTGTCTCTCTTCTCTCTC
ScanR מיקרוסקופאולימפוס
siRNA CtrlDharmaconD-001810-10-5
siRNA POLGInvitrogenPOLGHSS108223
siRNA TFAMInvitrogenTFAMHSS144252
siRNA TWNKInvitrogenC10orf2HSS125597
מכשיר יניקהNeoLab2-9335מכשיר יניקה לתרבית תאים
Triton X-100Sigma-AldrichT9284-500ML
TrypsinBiowestL0931-500
UPlanSApo 20x 0.75 NA אובייקטיביאולימפוס

References

Loading...
$$\rightleftharpoonup{xx}$$ $$\longleftharp{xx}$$, $$\longrightharp{xx}$$,
  1. Brown, G. C. Control of respiration and ATP synthesis in mammalian mitochondria and cells. The Biochemical Journal. 284, 1-13 (1992).
  2. Zhang, L., et al. Biochemical basis and metabolic interplay of redox regulation). Redox Biology. 26, 101284(2019).
  3. Pizzo, P., Drago, I., Filadi, R., Pozzan, T. Mitochondrial Ca2+ homeostasis: Mechanism, role, and tissue specificities. Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 464 (1), 3-17 (2012).
  4. Shadel, G. S., Horvath, T. L. Mitochondrial ROS signaling in organismal homeostasis. Cell. 163 (3), 560-569 (2015).
  5. Martínez-Reyes, I., Chandel, N. S. Mitochondrial TCA cycle metabolites control physiology and disease. Nature Communications. 11 (1), 102(2020).
  6. Galluzzi, L., Kepp, O., Trojel-Hansen, C., Kroemer, G. Mitochondrial control of cellular life, stress, and death. Circulation Research. 111 (9), 1198-1207 (2012).
  7. Rone, M. B., Fan, J., Papadopoulos, V. Cholesterol transport in steroid biosynthesis: role of protein-protein interactions and implications in disease states. Biochimica Et Biophysica Acta. 1791 (7), 646-658 (2009).
  8. Swenson, S. A., et al. From synthesis to utilization: The ins and outs of mitochondrial heme. Cells. 9 (3), 579(2020).
  9. West, A. P., Shadel, G. S., Ghosh, S. Mitochondria in innate immune responses. Nature Reviews. Immunology. 11 (6), 389-402 (2011).
  10. Nunnari, J., Suomalainen, A. Mitochondria: In sickness and in health. Cell. 148 (6), 1145-1159 (2012).
  11. Pohjoismäki, J. L. O., Goffart, S. Of circles, forks and humanity: Topological organisation and replication of mammalian mitochondrial DNA. BioEssays. 33 (4), 290-299 (2011).
  12. Gustafsson, C. M., Falkenberg, M., Larsson, N. -G. Maintenance and expression of mammalian mitochondrial DNA. Annual Review of Biochemistry. 85, 133-160 (2016).
  13. Nicholls, T. J., Gustafsson, C. M. Separating and segregating the human mitochondrial genome. Trends in Biochemical Sciences. 43 (11), 869-881 (2018).
  14. Gratzner, H. G. Monoclonal antibody to 5-bromo- and 5-iododeoxyuridine: A new reagent for detection of DNA replication. Science. 218 (4571), 474-475 (1982).
  15. Stirling, D. R., et al. CellProfiler 4: Improvements in speed, utility and usability. BMC Bioinformatics. 22 (1), 433(2021).
  16. R Core Team. R: A Language and Environment for Statistical Computing. R Foundation for Statistical Computing. , Vienna, Austria. (2021).
  17. Wickham, H., François, R., Henry, L., Müller, K. dplyr: A Grammar of Data Manipulation. , Available from: https://CRAN.R-project.org/package=dplyr (2021).
  18. Dowle, M., Srinivasan, A. data.table: Extension of `data.frame. , Available from: https://CRAN.R-project.org/package=data.table (2020).
  19. Wickham, H. ggplot2: Elegant graphics for data analysis. , Available from: https://ggplot2.tidyverse.org (2016).
  20. Kassambara, A. ggpubr: "ggplot2" based publication ready plots. , Available from: https://CRAN.R-project.org/package=ggpubr (2020).
  21. Hashiguchi, K., Zhang-Akiyama, Q. -M. Establishment of human cell lines lacking mitochondrial DNA. Methods in Molecular Biology. 554, 383-391 (2009).
  22. Piechota, J., Szczesny, R., Wolanin, K., Chlebowski, A., Bartnik, E. Nuclear and mitochondrial genome responses in HeLa cells treated with inhibitors of mitochondrial DNA expression. Acta Biochimica Polonica. 53 (3), 485-495 (2006).
  23. Spelbrink, J. N., et al. Human mitochondrial DNA deletions associated with mutations in the gene encoding Twinkle, a phage T7 gene 4-like protein localized in mitochondria. Nature Genetics. 28 (3), 223-231 (2001).
  24. Campbell, C. T., Kolesar, J. E., Kaufman, B. A. Mitochondrial transcription factor A regulates mitochondrial transcription initiation, DNA packaging, and genome copy number. Biochimica et Biophysica Acta. 1819 (9-10), 921-929 (2012).
  25. Krasich, R., Copeland, W. C. DNA polymerases in the mitochondria: A critical review of the evidence. Frontiers in Bioscience. 22 (4), 692-709 (2017).
  26. Kotrys, A. V., et al. Quantitative proteomics revealed C6orf203/MTRES1 as a factor preventing stress-induced transcription deficiency in human mitochondria. Nucleic Acids Research. 47 (14), 7502-7517 (2019).
  27. Gratzner, H. G., Pollack, A., Ingram, D. J., Leif, R. C. Deoxyribonucleic acid replication in single cells and chromosomes by immunologic techniques. Journal of Histochemistry & Cytochemistry. 24 (1), 34-39 (1976).
  28. Leif, R. C., Stein, J. H., Zucker, R. M. A short history of the initial application of anti-5-BrdU to the detection and measurement of S phase. Cytometry. Part A: The Journal of the International Society for Analytical Cytology. 58 (1), 45-52 (2004).
  29. Lentz, S. I., et al. Mitochondrial DNA (mtDNA) biogenesis: visualization and duel incorporation of BrdU and EdU into newly synthesized mtDNA in vitro. The Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 58 (2), 207-218 (2010).
  30. Liu, Y., et al. Multi-omic measurements of heterogeneity in HeLa cells across laboratories. Nature Biotechnology. 37 (3), 314-322 (2019).

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 DNADNA SynthesisHigh Throughput ImagingImage QuantificationImmunofluorescence DetectionBrdU IncorporationMitochondrial DistributionAutomated MicroscopysiRNA TransfectionFluorescence Microscopy

Related Articles