Method Article

הבנת השינויים במורפולוגיה המיטוכונדריאלית באמצעות מיקרוגרפים פלואורסצנטיים דינמיים ותלת מימדיים

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

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

כאן אנו מתארים את לוקלייזר האירועים המיטוכונדריאלי (MEL), תוסף ImageJ שימושי בכימות השינויים התלת-ממדיים בביקוע המיטוכונדריאלי ובפעילות ההיתוך לאורך זמן. אנו מתארים גם צינור עיבוד תמונה שימושי לניקוי מיקרוגרפים לפני ניתוח ב-ImageJ.

Abstract

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

מיטוכונדריה הם אברונים דינמיים ביותר החיוניים להישרדותו של כל בעל חיים, ועוברים אירועי ביקוע והיתוך קבועים בתגובה לצרכים או ללחצים של המארח, מה שמוביל לעיצוב מחדש מתמיד של הרשת המיטוכונדריאלית. מסיבה זו, היכולת להעריך את הרשת המיטוכונדריאלית בתלת מימד, כמו גם לאורך זמן, מציעה יתרון בהבנת האופן שבו המערכת מגיבה לגורמים כמו לחץ או התערבות תרופתית. הדמיה פלואורסצנטית של הרשתות המיטוכונדריאליות של התאים מאפשרת את היכולת לדמיין ולנטר את השינויים הללו. עם זאת, הרשת המיטוכונדריאלית מתוארת לעתים קרובות כמבנה דו-ממדי וסטטי המוגדר על ידי מדדים לא סטנדרטיים. לכן, יצאנו לתאר צינור המאפשר למשתמש להכין את התמונות שלו ללוקלייזר האירועים המיטוכונדריאלי (MEL), כלי תוסף ImageJ המזהה אירועי ביקוע והיתוך ברשת המיטוכונדריאלית לאורך זמן ובאופן תלת מימדי, ובכך מציע תובנה לגבי השינויים הדינמיים שרשת זו עוברת. בנוסף, אנו מתארים את היתרונות של הבנת ביקוע והיתוך לאור השינויים בספירת המיטוכונדריה והשינויים המורפולוגיים.

Introduction

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

מיטוכונדריה הם אברונים דינמיים ביותר הקיימים בכל התאים האיקריוטיים, המספקים להם אנרגיה ומווסתים את חילוף החומרים שלהם. לפיכך, המיטוכונדריה נמצאים בצומת דרכים של מוות תאי והישרדות. מיטוכונדריה הוכחה כחיונית למגוון תהליכים, החל מהחמצה ליזוזומלית ופעולה מוטורית מולקולרית ועד התכווצות שרירים וירי סינפסות 1,2.

המיטוכונדריה עוברים אירועי ביקוע ואיחוי קבועים כדי לשמור על רשת מיטוכונדריאלית המייצרת ביעילות ATP בתגובה לדרישה המטבולית והלחץ של התא. ואכן, הוכח כי מיטוכונדריה עוברת ביקוע כדי להקל על מיטוכונדריה, הסרה סלקטיבית של שברי מיטוכונדריה. לפיכך, רק מיטוכונדריה נושמת באופן פעיל ולא דה-פולריזציה נותרים במערכת התאית 3,4. היתוך, לעומת זאת, מתרחש כאמצעי להגדלת תפוקת ה-ATP של הרשת במקרה של צורך מוגבר 5,6. בנוסף, הוכח כי גם ביקוע וגם היתוך ממלאים תפקיד חשוב בחלוקה ובהגנה על ה-DNA המיטוכונדריאלי 7,8. יש לציין כי היקף הביקוע וההיתוך דורש בקרה הומאוסטטית קפדנית כדי להבטיח רשת מיטוכונדריאלית בריאה, שכן יותר מדי או מעט מדי משני התהליכים הוכחו כמזיקים.

ביקוע מוגזם הוכח כמוביל לרשת מיטוכונדריאלית מקוטעת עם ירידה ברמות ה-ATP במחלת אלצהיימר, מחלת פרקינסון וטאואופתיה 9,10,11, ורמות נמוכות של ביקוע עלולות להוביל להצטברות של מיטוכונדריה דה-פולריזציה, מה שמוביל לתסמינים דמויי מחלת פרקינסון 12. ידוע כי היפרפוזיה של הרשת מתרחשת בתקופות לחץ כדי להגדיל את תפוקת ה-ATP. עם זאת, הוכח כי קיום במצב זה לפרקי זמן ממושכים מגביר את רמות ה-ROS ואת פעילות האוטופגיה, וכתוצאה מכך הופעת מוות תאים 9,12.

מתברר, אם כן, שהבנת מצב הרשת המיטוכונדריאלית מציעה תובנות מפתח להבנת מצב התא, ולכן האורגניזם. החשיבות הברורה של הבנת הרשת המיטוכונדריאלית בהקשר של בריאות וחולי, יכולתה לעבור אירועי ביקוע ואיחוי, והשפעתם על בריאות התא היא שהניעה את פיתוח פרוטוקול זה וכלי הניתוח הנלווים. באופן ספציפי, כלים המאפשרים אפיון של דינמיקה מיטוכונדריאלית מוגבלים במידה רבה ומתוארים בצורה גרועה בספרות.

מורפולוגיה מיטוכונדריאלית נקבעת בדרך כלל באמצעות מיקרוסקופיה קונפוקלית ואחריה ניתוח חישובי, הדורש ממיקרוגרפים גולמיים לעבור מידה מסוימת של עיבוד כדי לשפר את איכותם להערכה, שכן זה מתאר בצורה הטובה ביותר את הארגון המיטוכונדריאלי. בדרך זו, משתמשים יכולים לקבוע תוצאות מורפומטריות רבות של הרשת המיטוכונדריאלית, כגון ספירה, נפח, אורך ויחס גובה-רוחב 13,14,15. משתמשים יכולים להשתמש במיקרוגרפים דו-ממדיים או תלת-ממדיים להערכות מורפולוגיות, אם כי ניתוח תלת-ממדי מציע דיוק ותובנה גדולים יותר מכיוון שהרשת המיטוכונדריאלית מורכבת ממבנים תלת-ממדיים. לצורך ניתוח ביקוע והיתוך, מומלץ להשתמש במיקרוגרפים עם ציר z מכיוון שזה מפצה בצורה הטובה ביותר על התלת מימד של הרשת המיטוכונדריאלית16.

מחקרים רבים כוללים סיווג של מיטוכונדריה למצבים מקוטעים, חוטיים או ביניים כאמצעי לתיאור הרשת16,17. ניתוח תלת מימד מועיל במיוחד בשל הצורות השונות שהמיטוכונדריה לובשות בתא. הוספת תלת מימד למחקר מעניקה ביטחון, במיוחד לספירת המיטוכונדריה, שכן מיטוכונדריה עשויה לנוע למעלה או למטה לאורך ציר z. MEL הוא תוסף ImageJ התלוי בתמונות שצולמו בתלת מימד18. כאן, עשינו שימוש בתאי עצב היפוקמפוס של עכבר GT1-7 שנצבעו ב-TMRE וב-Hoechst כדי לדמיין את הרשת המיטוכונדריאלית כמו גם את גרעין התא. לאחר מכן הונחו תאים דרך צינור עיבוד מקדים כדי לשפר את איכות המיקרוגרפים כהכנה לניתוח תמונה.

טכניקות רבות זמינות המאפשרות קביעת מורפולוגיה מיטוכונדריאלית על סמך מדדים סטטיים. מעטים כוללים פעילויות ביקוע והיתוך ומאפשרים לכידת ההתנהגות הדינמית של המיטוכונדריה כמותית 13,19,20,21. כאן נתאר פרוטוקול לשיפור תמונה לפני קביעת מאפייני הרשת, תוך התמקדות בביקוע מיטוכונדריאלי ופעילות היתוך. נדגים כיצד טכניקה זו יכולה להשלים שיטות שפורסמו בעבר לקביעת מורפולוגיה מיטוכונדריאלית.

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

Protocol

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

1. טיפול בתאים ורכישת מיקרוסקופיה

  1. תרבית תאי GT1-7 ב-8 צלחות תאיות ב-DMEM בתוספת 10% FBS ו-1% Penstrep (מדיה מלאה). אפשר לתאים להיצמד למשך הלילה ולאחר מכן טפל ב-2.5 מ"מ מטפורמין הידרוכלוריד המיוצר ב-DMEM עם 10% FBS למשך 72 שעות, הקפד להחליף את המדיה כל 24 שעות. לטפל בתאים עם 10 מיקרומטר CCCP 6 שעות לפני ההדמיה ו-400 ננומטר של בפילומיצין A1 (Baf) 4 שעות לפני ההדמיה.
    הערה: ניתן לעשות זאת עם כל קו תאים אוקריוטי לבחירה.
  2. לפני ההדמיה, הכינו קוקטייל של מדיה שלמה שחוממה מראש המכילה 5 ננומטר Hoechst ו-100 ננומטר TMRE.
  3. החלף את אמצעי הטיפול בתאים בקוקטייל ההדמיה ואפשר זמן דגירה של 10 דקות לפני ההדמיה.
    הערה: בשל הפעילות הדינמית של המיטוכונדריה, יש לדמות תאים באמצעות מיקרוסקופ עם תא דגירה המוגדר ל-37 מעלות צלזיוס ו-5% CO2.

2. הדמיה

  1. תאי תמונה המשתמשים בהגדלה של 100x עם 1.4 NA.
  2. כוונן את עוצמת הלייזר כך שההספק יהיה נמוך מספיק כדי למנוע פוטוהלבנה, ~2%. ודא שמהירות הסריקה גבוהה. צלם תמונות ברזולוציה של 512 x 512.
  3. הגדר את מרווחי פרוסת Z בין מרווחים של 0.25 מיקרומטר. כדי לעקוב אחר פרוטוקול זה, דמיין את התאים כך שהם מורכבים מ-10 ערימות Z. רכוש חמש מסגרות זמן ללא כל מרווח בין רכישת מחסנית Z.
    הערה: לאחר האופטימיזציה, אין להתאים פרוטוקול זה בין קבוצות טיפול או קבוצות ניסוי, מכיוון שפקודות המאקרו המפורטות כאן דורשות סטנדרטיזציה של פרוטוקול ההדמיה בכל התאים.

3. הערכה חישובית

הערה: כל העיבוד הבא נעשה באמצעות ImageJ v1.53t. ניתן למצוא את תוסף ה-MEL, כמו גם מודולים תומכים, ב-https://github.com/rensutheart/MEL-Fiji-Plugin, בעוד שניתן למצוא את כל פקודות המאקרו המשמשות ב-https://github.com/rensutheart/FMPP/tree/master/Sections.

  1. הכנת תמונה
    1. פתח את הקובץ הגולמי ב-ImageJ.
    2. כדי לחתוך תאים מרובים ממיקרוגרף יחיד, התחל בשכפול התמונה עד למספר התאים הבודדים שיש לנתח.
    3. השתמש בכלי סנכרון חלונות, בכלי הציור ביד חופשית ובהתאמת צבע כדי לצייר אזור עניין סביב תא מעניין שבו יש תאים מרובים בשדה ראייה (איור משלים S1).
    4. לחץ על ערוך | נקה מבחוץ.
    5. פצל את הערוצים האדומים והכחולים זה מזה ושמור את התעלה המיטוכונדריאלית כ-. קובץ Tiff.
  2. יצירת פונקציית התפשטות נקודתית ודה-קונבולוציה
    1. כדי ליצור פונקציית פיזור נקודה (PSF), השתמש בתוסף מחולל PSF באמצעות מידע מיקרוגרף משובץ. עבור אל תוספים | מחולל PSF לפתיחת התוסף. בנוסף, עבור אל תמונה | הצג מידע... או הקש I כדי לפתוח את נתוני התמונה וגלול לתחתית. באמצעות גודל ועומק ווקסל, מתיבת המידע של התצוגה, שנה את גודל הפיקסלים XY ל-166.1 ננומטר ואת צעד Z ל-200 ננומטר. שנה את אורך הגל ל-568 ננומטר, גודל XYZ כדי להתאים לרזולוציית תמונה של 512 x 512, וערימת Z של 10 פרוסות Z (איור משלים S2).
    2. עבור אל תוספים | פקודות מאקרו | עריכה | Deconvolution_time_lapse_mine.ijm פקודות מאקרו.
    3. ערוך את קווי הקלט והפלט ולחץ על הפעלה (איור משלים S3).
  3. שיפור וטשטוש ניגודיות תמונה
    1. עבור אל תוספים | פקודות מאקרו | עריכה | עיבוד מקדים.ijm.
    2. בתוך פקודות המאקרו Preprocessing.ijm , השתמש בחיסור רקע עם רדיוס כדור מתגלגל השווה ל-6. הגדר את Sigma Filter Plus כך שהרדיוס יהיה שווה ל- 1, הפיקסלים שבהם נעשה שימוש יהיו שווים ל - 2, ושבר הפיקסלים המינימלי יהיה שווה ל - 0.2, כאשר התוסף יהיה מודע לחריגים. התאם את הגדרות CLAHE כך שגודל הבלוק יהיה 64; הגדר את סלי ההיסטוגרמה ל- 256, את השיפוע המרבי ל- 2.5 ואת גמא ל- 0.8.
      הערה: כל ההגדרות הללו עברו אופטימיזציה לקראת מערכי הנתונים שלנו, ויש לבצע אופטימיזציה של ערכים עבור מערכי נתונים חלופיים לפני היישום. סינון סיגמא מוחל כדי להחליק את התמונה ולמזג ביעילות פיקסלים סמוכים כדי להבטיח מבנים עקביים. ניגודיות מקומית מוחלת כדי להגביר את הניגודיות בין פיקסלים בהירים וכהים ובשילוב עם שינוי בגמא, משפרת את נוכחות המבנים המיטוכונדריאלים תוך מזעור פיקסלים ברקע.
    3. שנה את קו הקלט לתיקיה המכילה מיקרוגרפים שעברו דה-קונבולוציה (איור משלים S4).
    4. לחץ על הפעל.
  4. סף תמונה
    הערה: למרות שמשתמשים יכולים להשתמש בכל כלי סף שיבחרו, אנו ממליצים על תוסף הסף האדפטיבי של Qingzong Tseng (https://sites.google.com/site/qingzongtseng/adaptivethreshold).
    1. פתח קובץ מעניין ששונה על ידי פקודות המאקרו Preprocessed.ijm ב-ImageJ.
    2. עבור אל תוספים | adaptiveThr.
    3. הגדר את הסף המקומי לממוצע משוקלל וגודל בלוק פיקסלים בהתאם להעדפת המשתמש.
      הערה: יש לשמור על עקביות בגודל בלוק הפיקסלים בין התאים, מכיוון שערך זה משפיע על הערכות ממדיות מיטוכונדריאליות כגון נפח או יחס גובה-רוחב.
    4. כדי לבצע אופטימיזציה לזמן, לחץ על תצוגה מקדימה והתאם את גודל הבלוק כך שכמה שיותר מיטוכונדריה ייכללו בבירור. התאם גם את ערך החיסור עבור כל תא כדי למנוע רקע מיותר. שמור קבצי מיקרוגרף בתיקיות המשויכות לערך החיסור (איור משלים S5).
      הערה: פקודות המאקרו Threshold.ijm כוללות מסנן גודל לסילוק חלקיקים קטנים יותר.
    5. בחירת תוספים | פקודות מאקרו | עריכה | Threshold.ijm.
    6. ערוך את השורות input_path ו-output_path, כמו גם blockSize, והחסר שורות בתסריט פקודות המאקרו (איור משלים S6).
    7. לחץ על הפעל.
  5. זיהוי אירועי ביקוע והיתוך על ידי תוסף לוקלייזר אירועים מיטוכונדריאלי (MEL)
    הערה: MEL נועד לעבד רצף זמן-lapse של z-stacks המורכב מערוץ יחיד, שנשמר כ-Tiff יחיד בכל פעם. למרות שניתן לעשות זאת על ידי שינוי שורת הקלט לקובץ ה-Tiff הסף המעניין, נדגים גם שיטה לעיבוד קבצי Tiff מרובים בבת אחת באמצעות פונקציית השרשור ב-ImageJ.
    1. פתח עד 10 מיקרוגרפים ספופים השייכים לאותם תנאי טיפול.
      הערה: המיקרוגרפים חייבים לכלול את אותו מספר של פרוסות z כדי שזה יעבוד.
    2. עבור לתמונה | ערימות |כלים | שרשר ולחץ על אישור.
    3. כדי להסיר את הפונקטה הקטנה שנותרה מאחור על ידי הסף, עבור אל תוספים | תיקי תמונה אינטגרליים | הסר חריגים. השתמש בתצוגה מקדימה כדי להגדיר את הגדלים X ו- Y כדי להסיר את המקטעים הדרושים.
    4. שמור את הקובץ המשורשר כ-Tiff.
    5. עבור אל תוספים | פקודות מאקרו | עריכה | Quicktest_new.ijm וערוך את נתיבי הקלט והפלט לפי הצורך (איור משלים S7).
      הערה: לאחר השלמתו, תיקיה בשם "MEL_results" תימצא בתיקיית הפלט עם כל תוצאות ה-MEL. אלה מוצגים כאירועי ביקוע והיתוך שזוהו בכל נקודת זמן, ותמיד יש להסיר את נקודת הזמן האחרונה בשל האופן שבו MEL עובד18.

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

Results

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

בחירת תאים מתאימים
על המשתמשים להיות מודעים לכך שהרשת המיטוכונדריאלית משתנה בהתאם למצב המיטוטי של התא. אם הגרעין נראה בצורת משקולת או U, או אם יש חלל ליד הגרעין עם חוסר אות פלואורסצנטי, הדבר עשוי להצביע על כך שהתא מתקרב למיטוזה. במצב זה, סביר להניח שהמיטוכונדריה עוברים ביקוע עקב חלוקת תאים ולא בגלל ההתערבות הטיפולית והשפעתה על הרשת (איור משלים S8).

מטפורמין היא תרופה נגד סוכרת שהוכחה כגורמת לאיחוי מיטוכונדריאלי22. תאי היפותלמוס של עכ...

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

Discussion

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

למרות שקיימות מספר הולך וגדל של גישות לתיאור מורפולוגיה מיטוכונדריאלית, קיימות טכניקות מוגבלות ללכוד כראוי את הדינמיקה המיטוכונדריאלית בצורה כמותית. בנוסף, יש לציין כי מורפולוגיה של רשת מיטוכונדריאלית כמו גם המנגנונים השולטים במורפולוגיה זו מגוונים באופיים. התוצאה היא רשתות המקושרות לצרכי התא, החל מתצורה מסועפת לתפוקת אנרגיה משופרת ועד לאזורי ביקוע נפרדים זמנית כדי להקל על מיטופגיה 24,25. פרוטוקול זה נועד למדוד את השינוי באירועי ...

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

Disclosures

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

למחברים אין ניגודי אינטרסים להצהיר עליהם.

Acknowledgements

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

מחקר זה מומן על ידי אוניברסיטת סטלנבוש, דרום אפריקה, מועצת המחקר הרפואי של דרום אפריקה (SAMRC) וקרן המחקר הלאומית (NRF) של דרום אפריקה, כמו גם המכונים הקנדיים לחקר הבריאות (CIHR) ומועצת המחקר למדעי הטבע וההנדסה של קנדה (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 כלים קאמרייםתרמו-פישר#Z734853
סף מותאםhttps://sites.google.com/site/qingzongtseng/adaptivethreshold
בפילומיצין A1מעבדות LKT#B0026
קרבוניל ציאניד כלורופנילהידרזון (CCCP)מרק#C2759
מיקרוסקופ קונפוקליקארל זייס AGפלטפורמת LSM780 ELYRA PS.1 ברזולוציה גבוהה
מדיום הנשר השונה של דולבקו (DMEM)תרמו-פישר#341956062
סרום בקר עוברי (FBS)סיגמא-אולדריץ'#F0679
קישור Githubhttps://github.com/rensutheart/MEL-Fiji-Plugin
GraphPad פריזמה v7.06
תאי GT1-7ATCCSCC116
הוקשטסיגמא-אולדריץ'H6024
ImageJ v1.53tפיג׳י
פקודות מאקרוhttps://github.com/rensutheart/FMPP/tree/master/Sections
מטפורמיןפרמקופיאה אירופאיתM06050000
פניצילין/סטרפטומיצין (PenStrep)סיגמא-אולדריץ'#P4333
T25ביו-סמארט סיינטיפיק#70025
TMREתרמו-פישר#T669
טריפסיןסיגמא-אולדריץ'#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