Mitochondria odgrywają ważną rolę w różnorodnych procesach biologicznych, takich jak oddychanie komórkowe w celu uzyskania energii, metabolizm odżywczy i śmierć komórki1. Nieprawidłowe działanie mitochondriów jest związane z chorobami mózgu, mięśni i rozwoju2,3. Dlatego badania nad mitochondriami są niezbędne do poprawy starzenia się i zdrowia człowieka.
Pączkujące drożdże Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) od dawna wykorzystywane do badania funkcji genów w mitochondriach4, ponieważ mutanty drożdży z wadliwym oddychaniem mogą nadal wytwarzać energię potrzebną do przetrwania poprzez fermentację. Jest jednak drobno dodatni i może się namnażać bez mitochondrialnego DNA (mtDNA). W związku z tym mutanty genów z defektami ekspresji genów mitochondrialnych często tracą swoje mtDNA, co komplikuje dalsze badania. Natomiast drożdże rozszczepialne Schizosaccharomyces pombe (S. pombe), które są ewolucyjnie odległe od S. cerevisiae, są drożdżami drobno ujemnymi, które wymagają mtDNA do przeżycia. Co więcej, organizacja mtDNA i mitochondrialnego mRNA S. pombe jest podobna do tych u wyższych eukariontów5. Wiele (96) niezbędnych genów u S. pombe, w porównaniu do tylko sześciu niezbędnych genów u S. cerevisiae, jest wymaganych do ekspresji genów mitochondrialnych6. W związku z tym S. pombe staje się atrakcyjnym modelem do badania nowych funkcji genów w mitochondriach. Jednak liczba publikacji badających mitochondria u S. cerevisiae jest około 100-krotnie większa niż u S. pombe, a zgłoszone metody i protokoły badające mitochondria u S. pombe są również rzadkie7.
Mitochondrialny łańcuch oddechowy jest kluczowy dla produkcji energii komórkowej i służy jako rdzeń mitochondriów8. Składa się z kompleksów łańcuchów oddechowych I-V, takich jak oksydoreduktaza NADH-ubichinon (kompleks I), dehydrogenaza bursztynianowa (kompleks II), oksydoreduktaza ubichinon-cytochrom c lub kompleks cytochromu bc1 (kompleks III), oksydaza cytochromu c (kompleks IV) i syntaza ATP (kompleks V), wraz z dwoma pośrednimi substratami przenoszącymi elektron, ubichinonem (CoQ) i cytochromem c (Cyt c)9. Oddziałują one również na siebie i tworzą superkompleksy wyższego rzędu, których mechanizmy składania pozostają w dużej mierze niejasne10,11. Jednak S. pombe nie ma kompleksu I, który może być zastąpiony przez zewnętrzne dehydrogenazy NADH Nde1 i wewnętrzne Ndi112,13,14. Genom mitochondrialny S. pombe koduje podjednostkę kompleksu III (Cob1), trzy podjednostki kompleksu IV (Cox1, Cox2, Cox3) i trzy podjednostki kompleksu V (Atp6, Atp8, Atp9)15,16. Niedawno informowaliśmy, że na ekspresję i składanie kompleksów tych białek wpływa delecja helikazy RNA Mss116 (Δmss116)16 i czynnika składania Shy1 (Δshy1)15 w S. pombe, odpowiednio. Aby ułatwić odkrycie nowych funkcji większej liczby genów w mitochondrialnym łańcuchu oddechowym przy użyciu tych metod, tutaj przedstawiamy szczegółowy protokół analizy poziomów ekspresji za pomocą elektroforezy w żelu poliakrylamidowym (SDS-PAGE) oraz analizy niebieskiej natywnej strony (BN-PAGE) kompleksów składających białka mitochondrialnego łańcucha oddechowego w S. pombe.
Uzasadnienie izolacji mitochondriów od S. pombe opiera się na metodach ustalonych w S. cerevisiae17. Feroplasty są najpierw przygotowywane przez trawienie ścian komórkowych drożdży. Są one homogenizowane mechanicznie, a mitochondria są frakcjonowane przez wirowanie różnicowe18. Następnie mitochondrialne białka łańcucha oddechowego są rozpuszczane i immunobiologizowane zgodnie z SDS-PAGE i BN-PAGE. Technika BN-PAGE została pierwotnie opracowana do rozdzielania mitochondrialnych białek błonowych, takich jak kompleksy łańcuchów oddechowych19,20,21. Białka błonowe z zachowanymi nienaruszonymi kompleksami są rozpuszczane przez łagodne niejonowe detergenty i ładowane anionowym barwnikiem Coomassie G-250. W ten sposób kompleksy białkowe są rozdzielane według ich masy w gradientowym natywnym gel22. Metoda ta jest szeroko stosowana do badania mitochondrialnych kompleksów łańcuchów oddechowych u S. cerevisiae23 i komórkach ssaków24,25; jednak nie został szeroko zastosowany do mitochondriów S. pombe.
Zbiorczo, tutaj prezentujemy metodę, w której mitochondria są izolowane z komórek S. pombe, a białka mitochondrialnego łańcucha oddechowego są poddawane SDS-PAGE i BN-PAGE, a następnie immunoblottingowi. Eksperymentalny schemat blokowy przedstawiono na rysunku 1. Dzięki wysokiej jakości mitochondriom i przeciwciałom, metoda opisana w S. pombe może być również stosowana do innych organizmów w celu identyfikacji większej liczby genów pełniących funkcje w ekspresji i/lub składaniu kompleksów mitochondrialnych łańcuchów oddechowych.