Imaging of mtHyPer7, a Ratiometric Biosensor for Mitochondrial Peroxide, in Living Yeast Cells

Emily Jie-Ning Yang; Istvan R. Boldogh; Haojie Ji; Liza Pon; Theresa C. Swayne

doi:10.3791/65428

הדמיה של mtHyPer7, ביוסנסור רציומטרי למי חמצן מיטוכונדריאליים, בתאי שמרים חיים

JoVE Journal
Biology

This content is Free Access.

JoVE Journal Biology

Imaging of mtHyPer7, a Ratiometric Biosensor for Mitochondrial Peroxide, in Living Yeast Cells

הדמיה של mtHyPer7, ביוסנסור רציומטרי למי חמצן מיטוכונדריאליים, בתאי שמרים חיים

Full Text

3,462 Views

09:47 min

June 2, 2023

DOI: 10.3791/65428-v

Emily Jie-Ning Yang¹, Istvan R. Boldogh^1,2, Haojie Ji², Liza Pon^1,2, Theresa C. Swayne^1,2

¹Department of Pathology and Cell Biology,Columbia University Irving Medical Center, ²Confocal and Specialized Microscopy Shared Resource in the Herbert Irving Comprehensive Cancer Center,Columbia University Irving Medical Center

Please note that some of the translations on this page are AI generated. Click here for the English version.

Overview

This study investigates mitochondrial function in the budding yeast Saccharomyces cerevisiae, focusing on the role of hydrogen peroxide (H₂O₂) as both a damaging agent and a signaling molecule. Using a genetically encoded ratiometric biosensor, mtHyPer7, the researchers describe a method to quantitatively measure mitochondrial H₂O₂ in live cells.

Key Study Components

Research Area

Mitochondrial function
Oxidative stress
Aging in yeast

Background

Mitochondria are essential for cellular energy production and signaling.
H₂O₂ can cause oxidative damage but also acts in signaling pathways.
Mitochondrial fitness is linked to cell lifespan and health.

Methods Used

Live cell imaging with mtHyPer7 biosensor
Model organism: Saccharomyces cerevisiae
Fluorescence microscopy for quantitative analysis

Main Results

Successful imaging of mitochondrial H₂O₂ levels in live yeast cells.
Established optimal conditions for imaging and imaging analysis.
Demonstrated that mtHyPer7 does not affect cellular function or fitness.

Conclusions

This study showcases a reliable method for measuring mitochondrial H₂O₂ and its implications for cellular health.
It contributes to understanding mitochondrial quality control and its effects on aging.

Frequently Asked Questions

What is mtHyPer7?

mtHyPer7 is a genetically encoded ratiometric biosensor used to detect hydrogen peroxide levels in mitochondria.

Why is hydrogen peroxide important in cellular biology?

Hydrogen peroxide is both a potential source of oxidative damage and a key signaling molecule within cells.

What is the significance of using live cell imaging?

Live cell imaging allows researchers to observe dynamic processes in real-time, providing valuable insights into cellular function.

How does mtHyPer7 compare to other ROS detection methods?

mtHyPer7 offers advantages like high affinity for H₂O₂, stability, and does not interfere with cellular functions.

What organism is used as the model system in this study?

Saccharomyces cerevisiae, or budding yeast, is used as a model organism to study mitochondrial function.

What role do mitochondria play in aging?

Mitochondria are crucial for energy production and metabolic processes, affecting cellular health and lifespan.

How can this research contribute to aging studies?

By understanding mitochondrial function and oxidative stress, researchers can gain insights into the mechanisms of aging and potential interventions.

מי חמצן (H 2 O₂) הםגם מקור לנזקי חמצון וגם מולקולת איתות. פרוטוקול זה מתאר כיצד למדוד H 2 O₂מיטוכונדריאלי באמצעות HyPer7 ממוקד מיטוכונדריה (mtHyPer7), ביוסנסור יחסי מקודד גנטית, בשמרים חיים. הוא מפרט כיצד לייעל את תנאי ההדמיה ולבצע אנליזה כמותית תאית ותת-תאית באמצעות תוכנה זמינה באופן חופשי.

מיטוכונדריה הם אברונים בתוך התאים המאפשרים ניוד אנרגיה, חילוף חומרים מרכזי, ייצור מקרומולקולות חיוניות, אחסון סידן והעברת אותות. כתוצאה מכך, יש להם תפקיד מכריע בתפקוד התאים, בכושר ובשליטה בתוחלת החיים. המחקר שלנו מתמקד בחקירת ההשפעה של מיטוכונדריה על הזדקנות באמצעות ניצני שמרים Saccharomyces cerevisiae כאורגניזם מודל.

דימות תאים חי הוא הכלי הטוב ביותר שלנו לבחון שונות בתפקוד המיטוכונדריה. כאן אנו מתארים שיטה המשתמשת בביו-חיישן מטרי מקודד גנטית של הסטה ספקטרלית בשם HyPer7 מיטוכונדריאלי. mtHyPer7 מזהה מי חמצן, זן חמצן תגובתי, שיכול לפגוע במרכיבים תאיים, אך מתפקד גם כמולקולת איתות במיטוכונדריה של תאים חיים.

ל- mtHyPer7 זיקה גבוהה למי חמצן ורגישות נמוכה ל- pH. הוא משולב בגנום השמרים, מה שמביא לביטוי יציב ועקבי באוכלוסיות תאי שמרים. לבסוף, הוא ממוקד כמותית למיטוכונדריה ואין לו השפעה ניכרת על תפקוד או כושר תאי או מיטוכונדריאלי.

חיישנים ביולוגיים כמו mtHyPer7 חיוניים לחקר תפקוד המיטוכונדריה ברזולוציה תת-תאית, למציאת מנגנונים העומדים בבסיס בקרת האיכות של המיטוכונדריה, ולבחינת האופן שבו תהליך זה משפיע על כושר התא, ההזנה ותוחלת החיים. הכתם mtHyPer7 מספק עבודה עקבית בניגוד לצבעים אורגניים המשמשים לזיהוי מיני חמצן תגובתי. בהשוואה לחיישנים מבוססי FRET, mtHyPer7 קומפקטי יותר ומונע בעיות כגון עירור צולב ודימום, כמו גם את המיקום המדויק ואת דרישות הכיוון עבור FRET.