유전적으로 인코딩된 전압 표시기를 사용한 생체 내 미토콘드리아 막 전위 측정

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

doi:10.3791/67911

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방법 논문

유전적으로 인코딩된 전압 표시기를 사용한 생체 내 미토콘드리아 막 전위 측정

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DOI:

10.3791/67911

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2025년 2월 21일

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

이 논문에서

요약

이 프로토콜은 미토콘드리아 표적 유전자 인코딩 전압 지표(GEVI)의 적용을 설명합니다. 이러한 GEVI는 미토콘드리아 막 전위의 특이적, 생체 내 및 실시간 모니터링을 가능하게 함으로써 기존 미토콘드리아 막 전위 염료에 비해 상당한 이점을 제공합니다.

초록

미토콘드리아 막 전위(MMP, ΔΨ_m)는 ATP 합성, 이온 수송, 반응성 산소종(ROS) 생성, 핵에 의해 암호화된 단백질 가져오기를 포함한 미토콘드리아 기능에 매우 중요합니다. ΔΨ_m 을 측정하기 위한 기존 방법은 일반적으로 로다민 800 및 테트라메틸로다민 메틸 에스테르(TMRM)와 같은 친유성 양이온 염료를 사용하지만, 이는 특이성이 낮아 제한적이며 in vivo 응용 분야에 적합하지 않습니다. 이러한 한계를 해결하기 위해 당사는 유전적으로 인코딩된 전압 표시기(GEVI)를 활용하는 새로운 프로토콜을 개발했습니다. 막 전위 변화에 대한 반응으로 형광 신호를 생성하는 GEVI(Genetically encoded voltage indicator)는 원형질막 및 신경 전위를 모니터링할 수 있는 상당한 잠재력을 보여주었습니다. 그러나 미토콘드리아 막에 대한 적용은 아직 연구되지 않았습니다. 여기에서 우리는 살아있는 동물의 세포와 운동 피질에서 ΔΨm 변동을 감지할 수 있는 단백질 기반 미토콘드리아 표적 GEVI를 개발했습니다. 미토콘드리아 전위 지표(MPI)는_ΔΨM 역학을 실시간으로 연구하기 위한 비침습적 접근 방식을 제공하여 정상 및 병리학적 조건 모두에서 미토콘드리아 기능을 조사할 수 있는 방법을 제공합니다.

서론

미토콘드리아는 진핵 세포의 필수 소기관으로, 아데노신 삼인산(ATP) 생성을 통해 주요 에너지 공급자 역할을 하는 동시에 대사 산물 합성, 칼슘 이온 완충, 열 생성 및 세포 생존 조절과 같은 다양한 기타 중요한 기능을 수행합니다¹. 이들의 역할은 뇌와 심장과 같은 고도의 신진대사 조직에서 특히 중요하며, 세포 항상성을 유지하는 데 도움이 됩니다. 미토콘드리아 막 전위(MMP, Ψ_m)는 산화적 인산화를 통한 ATP 합성 촉진, 미토콘드리아 막을 통한 대사 산물 및 이온 수송 촉진, 활성 산소 종(ROS) 생성에 기여하는 등 이러한 과정의 핵심입니다^.^2,3. MMP는 또한 미토파지(mitophagy, 미토콘드리아의 선택적 분해)⁵및 세포사멸(apoptosis, 프로그래밍된 세포 사멸)⁶을 포함한 미토콘드리아 형태 및 역학⁴에 영향을 미칩니다. 적절한 Ψ_m을 유지하는 것은 세포 기능에 필수적입니다. 조절 장애는 신경 퇴행성 ....