Этот протокол описывает механизм использования коррелятивного света и электронной микроскопии для визуализации взаимодействия митохондрий и лизосом, меченных mEosEM и APEX2, соответственно.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
Этот протокол описывает механизм использования коррелятивного света и электронной микроскопии для визуализации взаимодействия митохондрий и лизосом, меченных mEosEM и APEX2, соответственно.
Клеточные органеллы, такие как митохондрии и лизосомы, демонстрируют динамическую структуру. Несмотря на более высокое разрешение просвечивающей электронной микроскопии для структурного анализа, световая микроскопия имеет важное значение для визуализации динамических органелл путем мечения, специфичного для мишени. Следующий протокол описывает метод, который сочетает в себе двухцветный коррелятивный свет и электронную микроскопию (CLEM) для наблюдения за взаимодействием между митохондриями и лизосомами. В этом исследовании митохондрии были помечены mEosEM (Mito-mEosEM), а лизосомы — TMEM192-V5-APEX2. Результаты, полученные по изображениям CLEM, позволяют наблюдать изменения во взаимодействиях между митохондриями и лизосомами в условиях внешнего стресса. Лечение бафиломицином (БФА), который подавляет лизосомальную функцию, привело к увеличению контакта между митохондриями и лизосомами, что привело к образованию фрагментированных митохондрий, захваченных внутри лизосом. И наоборот, лечение U18666A, которое ингибирует экспорт холестерина из лизосом, привело к тому, что лизосомы были окружены митохондриями, что указывает на особую форму взаимодействия. В этом исследовании представлен эффективный метод наблюдения за взаимодействием между митохондриями и лизосомами в фиксированных клетках. Кроме того, визуализация CLEM с помощью двухцветных зондов предлагает мощный инструмент для будущих исследований динамики органелл и их влияния на функцию и патологию клетки.
Митохондрии и лизосомы являются основными мембраносвязанными органеллами, которые необходимы для поддержания клеточного гомеостаза. Митохондрии — это высокодинамичные клеточные органеллы, модулируемые событиями деления и слияния1. В целом, митохондрии считаются электростанцией клетки и известны своей важной ролью в окислительном фосфорилировании, производстве АТФ и хранении метаболитов, таких как класс кальция2. В дополнение к своей роли в энергетическом метаболизме, митохондрии участвуют в ряде других клеточных сигнальных процессов, включая apoptosis3,4, calcium signaling5,6, и липидный метаболизм7,8. Точно так же лизосомы являются высокодинамичными клеточными органеллами, которые играют множество ролей в качестве центров клеточной переработки для поддержания клеточной чистоты за счет деградации белка, аутофагии, эндоцитоза и фагоцитоза9. Помимо своей роли в деградации, лизосомы также играют роль в клеточной физиологии, такой как восприятие питательных веществ, класс гомеостаза10, метаболизм липидов11 и клеточная дедифференцировка12.
Несмотря на существование многочисленных исследований функций отдельных клеточных органелл, наши недавние исследования были сосредоточены на менее изученной перекрестной связи между митохондриями и лизосомами, которая, как было показано, влияет как на клеточную физиологию, так и на патологию. Контакты между митохондриями и лизосомами наблюдались в различных типах клеток, включая раковые клетки, нейроны и клетки, полученные из индуцированных плюрипотентных стволовых клеток (iPSC)13, и они в основном наблюдаются при клеточном стрессе или при нейродегенеративных заболеваниях, таких как болезнь Паркинсона13,14 и болезнь Шарко-Мари-Тута15. Контакт между митохондриями и лизосомами играет важную роль в поддержании метаболического гомеостаза посредством обмена ионами (например, Ca2+)16, cholesterol17, и iron18 между двумя органеллами. Кроме того, контакт между митохондриями и лизосомами играет решающую роль в контроле качества клеточных органелл. Например, поврежденные митохондрии могут быть мишенью для деградации в процессе митофагии, в котором они поглощаются аутофагосомами и доставляются в лизосомы для деградации. Следовательно, удаление дисфункциональных митохондрий может быть облегчено до того, как они вызовут дальнейшее повреждение клетки или нормальных митохондрий. Это взаимодействие между митохондриями и лизосомами имеет решающее значение для поддержания клеточного гомеостаза и предотвращения накопления дисфункциональных органелл. Таким образом, избирательно удаляются только поврежденные митохондрии, что позволяет здоровым митохондриям оптимально функционировать в клетке.
Коррелятивная световая и электронная микроскопия (CLEM) - это метод визуализации, который в последнее время привлек внимание как метод исследования, сочетающий преимущества световой микроскопии (LM) и электронной микроскопии (EM) для получения подробной структурной информации в различных масштабах. В CLEM образец сначала визуализируется с помощью LM для определения конкретных областей интереса, а затем следуют этапы подготовки ЭМ-образца, такие как фиксация, обезвоживание и встраивание. Затем тот же образец рассматривается под электронным микроскопом. Несмотря на то, что недавно сообщалось о методах CLEM с живыми клетками19,20,21,22, точное объединение оптических изображений высокодинамичных биологических образцов с электронно-микроскопическими изображениями фиксированных клеток в единую плоскость остается сложным. Для высокодинамичных органелл, таких как митохондрии и лизосомы, их точная локализация может измениться, поскольку они наблюдаются вживую под световым микроскопом, и они продолжают двигаться даже в течение короткого времени задержки, необходимого для фиксации.
Следовательно, в этом протоколе для визуализации взаимодействия между митохондриями и лизосомами, которые играют важную роль в поддержании метаболического гомеостаза через обмен ионами (например, Ca2+)16, cholesterol17, и iron18 между этими органеллами. Конструкции TMEM192-V5-APEX2 и Mito-mEosEM были использованы для наблюдения за взаимодействием митохондрий и лизосом в культивируемых клетках как на уровне EM, так и на уровне LM. Для митохондрий метка mEosEM была выбрана за ее способность сохранять флуоресцентный сигнал во время подготовки ЭМ-образца в фиксирующем растворе и классе OsO423. Для лизосом была использована метка APEX2, белок с массой около 28 кДа, для изучения локализации специфического белка на уровнях EM и LM24. В присутствии перекиси водорода субстрат APEX2, Amplex-Red, образует нерастворимый полимер, который можно наблюдать с помощью конфокальной микроскопии в целевом месте. В этом протоколе двухцветный CLEM был использован для визуализации структуры взаимодействий между лизосомами и митохондриями в фиксированных клетках.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Пошаговый рабочий процесс подготовки образцов показан в Рисунок 1.
1. Клеточная культура и трансфекция
2. Конфокальная микроскопическая визуализация
3. Подготовка образцов для ЭМ блока
4. Срезирование и визуализация ПЭМ
5. Сшивание изображений с помощью imageJ Fiji.
6. Изменение размера флуоресцентного изображения
7. Регистрация изображений на основе ориентиров с помощью плагина Big Warp
8. Наложение изображений CLEM
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Для визуализации взаимодействий между митохондриями и лизосомами с помощью данного протокола двухцветного CLEM мы использовали Mito-mEosEM и TMEM192-V5-APEX2. Сначала фиксированные клетки исследовали с помощью светового микроскопа, после чего проводили отбор проб и визуализацию методом электронной микроскопии. Результаты коррелированных изображений представлены на Рисунке 3A,B и Рисунке 4A. Следуя описанному выше протоколу, мы проверили, можно л...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Этот протокол описывает двухцветную CLEM для наблюдения за взаимодействием митохондрий и лизосом в фиксированных клетках с использованием генетически кодируемых меток mEosEM и APEX2. За последние несколько десятилетий достижения в области микроскопии значительно улучшили возможности наблюдения за изменениями в сетях органелл, а изучение взаимодействий органелл становится все более интересным. Микроскопия сверхвысокого разрешения использовалась для наблюдения изме...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
У авторов нет конфликта интересов, который можно было бы раскрыть.
Это исследование было поддержано программой фундаментальных исследований KBRI через Корейский институт исследования мозга, финансируемой Министерством науки и ИКТ (24-BR-01-03). Плазмиды TMEM192-V5-APEX2 были любезно предоставлены Хён-Ву Ри (Hyun-Woo Rhee) из Сеульского национального университета. Данные ПЭМ были получены в Brain Research Core Facilities в KBRI.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| <сильно>Химикаты и реагенты | |||
| 25% Глутаральдегид | Электронная микроскопия Sciences | 16200 | Пары альдегида чрезвычайно токсичны. Используйте только в вытяжном шкафу. |
| 30% раствор перекиси водорода | Merck | 107210 | |
| 4% раствор параформальдегида | Biosesang | PC2031-100-00 | пары лдегида чрезвычайно токсичны. Используйте только в вытяжном шкафу. |
| Amplex Red | ThermoFisher | A12222 | |
| Epon 812 | Электронная микроскопия Науки | 14120 | |
| Этанол | Merck | 100983 | |
| Fugene HD | Promega | E2311 | Плазмидная трансфекция |
| Глицин | SIGMA | G8898 | |
| Цитрат свинца 3% | Электронная микроскопия Науки | 22410 | |
| Тетраоксид осмия 4 % водный раствор | Электронная микроскопия Sciences | 16320 | Очень токсичен. Используйте только в вытяжном шкафу. |
| Тригидрат гексацианоферрата калия(II) | SIGMA | P3289 | |
| Тригидрат какодилата натрия | Sigma-Aldrich | C0250-500G | |
| Уранилацетат | Электронная микроскопия | Науки 22400 | |
| UranyLess ЭМ окрашивание | Электронная микроскопия Науки | 22409 | |
| Плазмидная конструкция | |||
| Mito-mEosEM | addgene | 132706 | DOI: 10.1016/j.chembiol.2024.02.007 |
| TMEM192-V5-APEX2 | Sharma N. et al. | Н/Д | DOI: 10.1016/j.chembiol.2024.02.007 |
| Tools | |||
| 0.22 мкм шприцевой фильтр | Sartorius | 16534 | |
| 35 мм Решетчатая покровная покровная чашка | Mattek | P35G-1.5-14-CGRD | |
| BEEM Встраиваемые капсулы | Ted Pella | 130 | |
| Formvar Supported Однощелевая медная сетка | Ted Pella | 01705 | |
| Алмазный нож | DiATOME | DU4530 | |
| Ультра-микротом | Leica | ARTOS 3D | |
| <стронг>микроскопы | |||
| инвертированная конфокальная микроскопия | Nikon | A1 Rsi/Ti-E | |
| Просвечивающая электронная микроскопия | FEI | Tecnai G2 | |
| Software и Алгоритмы | |||
| Fiji/Image J | NIH / открытый исходный код | https://imagej.nih.gov/ij/ | |
| ImageJ BigWarp программный пакет | NIH / открытый исходный код | https://imagej.net/plugins/bigwarp | |
| Photozoom Pro 8 | BenVista | https://www.benvista.com/photozoompro Alternative software Image Resizer : https://imageresizer.com/ Gigapixel AI : https://www.topazlabs.com/gigapixel ON1 изменить размер : https://www.on1.com/products/resize-ai/ |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.