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Artigo de método

Biossensores raciométrica que medem estado redox mitocondrial e ATP em células vivas de levedura

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DOI:

10.3791/50633

⸱

22 de julho de 2013

 ,  ,  ,  , 

* These authors contributed equally

Neste artigo

Resumo

Descreve-se a utilização de dois raciométrica, biossensores codificados geneticamente, que são baseados em GFP, para monitorar estado redox mitocondrial e os níveis de ATP na resolução subcelular em células vivas.

Resumo

As mitocôndrias têm um papel em muitos processos celulares, a partir do metabolismo da energia e homeostase do cálcio para controlar o tempo de vida de celular e morte celular programada. Esses processos afetam e são afetados pelo estado redox e de produção de ATP pela mitocôndria. Aqui, descrevemos o uso de dois, biossensores geneticamente codificados raciométrica que podem detectar estado redox mitocondrial e os níveis de ATP em resolução subcelular em células de levedura viva. Estado redox mitocondrial é medida usando Proteína Fluorescente Verde redox-sensível (roGFP) que é direcionado para a matriz mitocondrial. Mito-roGFP contém cisteínas nas posições 147 e 204 da GFP, que sofrem oxidação e redução reversível e dependente do ambiente, que por sua vez altera o espectro de excitação da proteína. MitGO-ATeam é uma transferência de energia de ressonância Förster (FRET) sonda em que a subunidade ε da F o F 1 ATP sintase é imprensada entre FRET doador e receptor fluoproteínas rescent. A ligação de ATP para as subunidades ε resulta em mudanças de conformação na proteína que trazem o dador e aceitador de FRET em estreita proximidade e permitir a transferência de energia de ressonância de fluorescência do dador ao receptor.

Introdução

As mitocôndrias são organelos essenciais para a produção de ATP, a biossíntese de aminoácidos, ácidos gordos, heme, aglomerados de enxofre do ferro e pirimidinas. As mitocôndrias também desempenham um papel fundamental na homeostase do cálcio e na regulação da apoptose. Uma crescente evidência de ligações mitocôndrias ao envelhecimento e doenças relacionadas à idade, incluindo a doença de Parkinson, doença de Alzheimer, esclerose lateral amiotrófica e doença de Huntington. 2 Enquanto as pessoas vivem suas vidas inteiras com mutações em proteínas mitocondriais que estão associadas a doenças neurodegenerativas, os sintomas da doença ocorrerem apen....

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Protocolo

1. Transformação de células de levedura com o Biossensores

  1. Transformar a estirpe de levedura com o plasmídeo desejado Mito-roGFP ou mitGO-ATeam2 usando o método do acetato de lítio 27.
  2. Para confirmar a transformação com o plasmídeo de biossensor de origem e para evitar a perda do plasmídeo, seleccionar e manter os transformantes no meio completo sintético selectivo apropriado (SC-Ura para Mito-roGFP, ou SC-Leu por mitGo-ATeam2). Se a sonda fluorescente foi subclonado num plasmídeo diferente do que os descritos aqui, o uso do meio selectivo apropriado. Visualiza transformantes por microscopia de fluorescência para confirmar que elas exp....

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Resultados

Medindo estado redox mitocondrial com mito-roGFP

Aqui, mostramos que mito-roGFP1 tem a gama dinâmica para detectar alterações no estado redox mitocondrial de totalmente oxidado a reduzida em células de levedura viva, sem afetar o crescimento de células de levedura ou morfologia mitocondrial. Primeiro, encontramos células que expressam GFP mitocôndrias-alvo e roGFP1 crescer a taxas normais (Figura 1A). A taxa de crescimento máxima, tal como medido pelo declive máximo da curva de.......

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Discussão

Aqui, descrevemos métodos para usar mito-roGFP1 e mitGO-ATeam2 como biossensores para avaliar o estado redox mitocondrial e os níveis de ATP em células de levedura viva. Nós achamos que a expressão de plasmídeo de origem mito-roGFP1 ou mitGO-ATeam resulta em quantitativo direcionamento para mitocôndria, sem qualquer efeito óbvio sobre a morfologia e distribuição mitocondrial ou nas taxas de crescimento celular. 3 Mito-roGFP1 pode detectar alterações no estado redox mitocondrial de altamente oxidado a estados .......

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Divulgações

Não há conflitos de interesse declarados.

Agradecimentos

Este trabalho foi apoiado por prêmios de HHMI 56006760 para JDV, o National Institutes of Health (NIH) (2 TL1 RR 24158-6) para DMAW, e da Fundação Médica Ellison (AG-SS-2465) e do NIH (GM45735, GM45735S1 e GM096445) para LP. GM45735S1 foi emitido a partir do NIH sob a Recuperação Americana e Reinvestimento de 2009. Os microscópios utilizados para estes estudos foram apoiados, em parte, através de uma subvenção NIH / NCI (5 P30 CA13696).

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Materiais

Lista de materiais utilizados neste artigo
NomeEmpresaNúmero de catálogoComentários
 Reagentes
Antimicina ASigma-Aldrich (St. Louis, MO)1397-94-0Dissolvido em etanol para uma solução-mãe de 2 mg/ml.
Meio de crescimento de levedura SGlyc (à base de glicerol sintético) *omitir para SGlyc-Ura
**omitir para SGlyc-Leu
Dissolver em H2O. Ajustar o pH para 5,5 com NaHCO3. Autoclave.

Ingredientes:
0,67% Levedura à base de nitrogênio sem aminoácidos
3% Glicerol
0,05% Glicose
2 mg/ml adenina
2 mg/ml uracila*
1 mg/ml L-arginina
1 mg/ml L-histidina
1 mg/ml L-leucina**
3 mg/ml L-lisina
2 mg/ml L-metionina
4 mg/ml L-fenilalanina
2 mg/ml L-triptofano
3 mg/ml L-tirosina
SC (sintético completo, à base de glicose) meio de crescimento de levedura *omitir para SGlyc-Ura
**omitir para SGlyc-Leu
Dissolver em H2O. Ajustar o pH para 5,5 com NaHCO3. Autoclave. Ingredientes:
0,67% Levedura à base de nitrogênio sem aminoácidos
3% Glicose
2 mg/ml de adenina
2 mg/ml de uracila*
1 mg/ml de L-arginina
1 mg/ml de L-histidina
1 mg/ml de L-leucina**
3 mg/ml de L-lisina
2 mg/ml de L-metionina
4 mg/ml de L-fenilalanina
2 mg/ml de L-triptofano
3 mg/ml de L-tirosina
ValapCombine os ingredientes na proporção de 1:1:1 (p:p:p). Derreter submergindo em um 70 ° C H2O banho. Alíquota em placas de Petri de vidro. Armazene em temperatura ambiente. Ingredientes:
Vaselina vaselina, parafina dura, lanolina
 Equipamento e Software
Preclean Gold Seal Rite-on Micro SlidesThomas Scientific (Swedesboro, NJ)3050Tamanho: 25 x 75 mm; Espessura: 0,93 a 1,05 mm
Lamínulas de alto desempenho, No. 1.5, 18x18 mmZeiss (Thornwood, NY)474030-9000-000Estas são menos variáveis em espessura (170± 5 μ m) do que as lamínulas padrão, reduzindo a aberração esférica e melhorando o desempenho da imagem 3D
Vidro de Cobertura para Microscópio Fisherbrand, No. 1.5Fisher Scientific (Pittsburgh, PA)12-545ETamanho: 22 x 22 mm, espessura No. 1.5 (170 μ m)
Microscópio confocal de varredura a laser A1 com detector espectral e objetiva Apo-TIRF 100x/1.49 NANikon (Melville, NY) 
Microscópio AxioObserver.Z1 equipado com objetiva 100x/1.3NA EC Plan-Neofluar (Zeiss) e câmera CCD refrigerada Orca ER (Hamamatsu) e controlado pelo software AxiovisionZeiss (Thornwood, NY); Hamamatsu (Cidade de Hamamatsu, Japão) 
Software de análise de imagem 3D VolocityPerkin Elmer (Waltham, MA)Módulo de restauração para deconvolução; Módulo de quantificação para cálculo e medição de proporções
Software ImageJInstitutes of Health (Bethesda, MD)http://rsb.info.nih.gov/ij/
National

Referências

  1. Rizzuto, R., De Stefani, D., Raffaello, A., Mammucari, C. Mitochondria as sensors and regulators of calcium signalling. Nature reviews. Molecular Cell Biology. 13 (9), 566-578 (2012).
  2. Nunnari, J., Suomalainen, A. Mitochondria: in sickness and in health. Cell. 148 (6),....

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Reimpressões e permissões

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