В данной статье описывается использование конфокальной микроскопии и ImageJ для оценки динамики деления/слияния митохондрий с помощью фотокоммутационной флуоресценции Dendra2.
Для просмотра этого контента требуется подписка на JoVE. Войдите или начните свой бесплатный пробный период.
Методическая статья
В данной статье описывается использование конфокальной микроскопии и ImageJ для оценки динамики деления/слияния митохондрий с помощью фотокоммутационной флуоресценции Dendra2.
Митохондрии лучше всего известны своей ролью в синтезе АТФ и служат ключевыми регуляторами клеточного метаболизма. Митохондриальная динамика включает в себя внутриклеточное и межклеточное движение митохондрий, а также процессы деления/слияния. Эти события имеют основополагающее значение для поддержания функции митохондрий путем поддержания клеточного гомеостаза, морфологии, биоэнергетики, контроля качества и реакции на стресс. С другой стороны, нарушение регуляции митохондриальной динамики влияет на морфологию и функцию клеток. Точное измерение событий деления/слияния митохондрий может свидетельствовать о здоровье клеток. Современные методологии измерения динамики митохондрий используют передовые методы визуализации, такие как микроскопия сверхвысокого разрешения, флуоресцентные методы (восстановление флуоресценции после фотообесцвечивания (FRAP)) для установления связи и оптогенетические инструменты для пространственно-временного контроля. Количественный анализ использует вычислительные инструменты для измерения таких параметров, как длина, количество и ветвление, которые указывают на баланс деления/синтеза. Однако эти методы требуют навыков и сложных инструментов. В этой статье мы описываем использование конфокальной микроскопии в сочетании с бесплатными инструментами в ImageJ (Фиджи) для изучения событий деления/слияния с использованием свойства фотопереключения белка dendra2, меченного к митохондриальному цитохрому c.
Митохондрии — это динамическая органелла, играющая жизненно важную роль в производстве энергии, гибели клеток и передачесигналов. Морфология митохондрий относится к размеру и форме митохондриальных компартментов, которые очень чувствительны к внутриклеточным и внеклеточным условиям и имеют решающее значение для поддержания клеточного здоровья2. Морфология митохондрий может дать ключ к пониманию их функции, однако изменения формы митохондрий могут повлиять на клеточный метаболизм иобщее состояние здоровья. Нарушения морфологии митохондрий связаны с несколькими заболеваниями, включая нейродегенеративные расстройства, рак и метаболические заболевания4. Морфология митохондрий динамически регулируется событиями слияния и деления/слияния, которые имеют решающее значение для поддержания клеточного гомеостаза и реагирования на различные метаболические потребности 5,6.
Митохондриальная динамика помогает органелле реагировать на различные стрессоры и метаболические потребности7. Он включает в себя непрерывное деление/слияние и перемещение митохондрий внутри клеток или между клетками. Митохондрии приспосабливаются к потребностям клеточной энергии через изменения в морфологии через события деления/слияния8. Эти процессы определяют форму митохондрий и влияют на митохондриальные функции, такие как выход энергии, производство активных форм кислорода (АФК) и контроль качества митохондрий 7,9,10. Кроме того, митохондриальное деление/слияние являются уравновешивающими механизмами, которые поддерживают функциональную митохондриальную сеть11. Слияние позволяет обмениваться содержимым митохондрий, способствуя комплементации и буферизации против локальных повреждений, в то время как деление позволяет сегрегировать и удалять поврежденные митохондрии с помощью митофагии 7,12. Кроме того, деление помогает отделить поврежденные компоненты митохондрий, которые затем удаляются с помощью митофагии, селективного процесса аутофагии13. Слияние, с другой стороны, позволяет дополнять содержимое митохондрий, разбавляя любые поврежденные компоненты14. Ключевыми игроками в делении/слиянии митохондрий являются митофузины (MFN1/2), необходимые для слияния внешних митохондриальных мембран15,16 (OPA1): эта динаминоподобная ГТФаза отвечает за слияние внутренних митохондриальных мембран16. В белках деления участвуют динаминовый белок 1 (Drp1), про-делящийся белок13,17. Белок митохондриального деления 1 (Fis1), митохондриальный фактор деления (Mff) и регулятор митохондриального деления1 Like (MTFR1L). Несколько методов, таких как сверхвысокое разрешение ЭМ, были использованы для изучения митохондриальной ультраструктуры18. Одномолекулярная флуоресцентная гибридизация in situ (smFISH) в сочетании с STED и микроскопией сверхвысокого разрешения MINFLUX (наноскопией) были использованы для визуализации отдельных митохондриальных мРНК и ассоциированных белков18. Методы микроскопии локализации одиночных молекул (SMLM) отслеживают изменения в расстоянии между мембранами19. Стохастическая оптическая реконструктивная микроскопия (STORM) сверхразрешающая микроскопия позволяет изучать митохондриальные комплексы внутренних мембран20. Однако использование этого передового оборудования не является легкодоступным. Конфокальная микроскопия доступна и требует меньше знаний. Кроме того, разработка митохондриальных флуоресцентных белков значительно продвинула изучение митохондриальной динамики в живых клетках21, поскольку мы используем фотоактивируемый зеленый флуоресцентный белок (GFP) для визуализации и количественной оценки митохондриального слияния22.
Чтобы изучить деление и слияние митохондрий, клетки подвергаются стрессу или воздействию лекарств, таких как цисплатин, который связывается с ДНК и вызывает повреждение ДНК, кульминацией которого является митохондриально-опосредованный апоптоз23. В этом исследовании мы использовали фотопереключаемые меченые митохондрии Dendra2 от фотоактивируемых митохондрий мышей для изучения событий деления и слияния в обработанных цисплатином клетках почечных канальцев, поскольку они богаты митохондриями и обладают высокой способностью к регенерации. Тем не менее, этот протокол может быть использован в любом типе клеток, которые имеют фотопереключаемые меченые митохондрии Dendra2 (рис. 1A-C).
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Вся работа с животными выполнялась в соответствии с протоколами, утвержденными Комитетом по уходу за животными и их использованию Университета Темпл (Протокол для животных-5183). Были приобретены мыши Pham, у которых митохондрии экспрессируют белок Dendra2.
1. Приготовление среды для культивирования клеток
2. Индукция напряжения с помощью цисплатина
3. Визуализация
4. Анализ изображений
Примечание: Поскольку митохондрии помечены белком Dendra2, после фотообесцвечивания необратимое конформационное изменение белка dendra2 приводит к увеличению красной флуоресценции, обнаруженной с помощью лазера с длиной волны 561 нм. Когда красные митохондрии сливаются с необеленными зелеными митохондриями, комбинация дает желтый цвет. Используя это явление, можно измерить динамические события деления/синтеза.
5. Анализ событий слияния
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Первичные эпителиальные клетки канальцев выделяли из почки мыши путем ферментативного расщепления и культивировали в DMF-12 с добавлением 5% FBS, 1% пенициллин-стрептомицина при 37 °C при 5%CO2. По достижении 80% конфлюенции клетки трипсинизировали (0,25% трипсин-ЭДТА) и засеивали с плотностью 5 × 104 клеток на лунку в культуральные планшеты со стеклянным дном, предварительно покрытые коллагеном.
Питательная среда содержала цисплатин в ко...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Деление/слияние митохондрий являются важнейшими динамическими процессами, которые поддерживают гомеостаз митохондрий и клеточную жизнеспособность26. Надлежащая оценка этих процессов требует передовых методов визуализации для визуализации и количественной оценки морфологии, динамики и функции митохондрий27,28. Для измерения митохондриального деления/слияния использовались различные методы. Некоторые из слож...
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
Авторы заявляют, что им нечего раскрывать.
Эта работа была поддержана исследовательскими грантами от Национального института здравоохранения No 5R01DK135470-03, грантом ISAC-NIH 5U24DK128851-03 и постдокторской стипендией Американской кардиологической ассоциации.
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.
| Имя | Компания | Каталожный номер | Комментарии |
|---|---|---|---|
| <сильная>клеточная культура | |||
| DMEM/F12 | Базальная среда | (Гибко/Кот. No11320033 ) | Культура проксимальных трубчатых клеток |
| Сыворотка плода для крупного рогатого скота (FBS) | 5-10% добавок | (Biowest/Cat. No.S181B) | Обогащение культурных сред |
| Пенициллин-стрептомицин и bbsp; | 100X | (Гибко/Кот. No15140122) | Защита от антибиотиков |
| Коллаген IV | покрытие | (Sigma-C5533-5M) | Покрытие пластин Ибиди |
| Trypsin-EDTA | 0,25% раствора | (Гибко/Кот. No25200056) | Отделение ячейки |
| Фосфатно-буферный физиологический раствор (PBS) | (Гибко/Кот. No10010023 ) | Промывка клеток | |
| <Сильные>Методы лечения | |||
| Cisplatin | 2 и микро; Магистр рабочей специализации и bbsp; | (Selleck Chemicals/Cat. No.S1166) | Индукция напряжений |
| Диметилсульфоксид (DMSO) | Управление транспортным средством и NBSP; | (Фишер Сайентифик/Кат. No.D1391) | Контроль растворителя цисплатина |
| <сильный>Визуализация | |||
| Phenol Red-Free Medium | Живое изображение и bbsp; | (Гибко/Кот. No21041025) | Сниженная фоновая флуоресценция |
| Молекулярная биология | |||
| TRIzol® | Экстракция РНК | (Гибко/Кот. No15596018) | Полная изоляция РНК |
| SYBR Green Master Mix | qPCR химия | (Термо Сайентифик/Кат. No.K0221) | Экспрессия генов митохондриальной динамики (DNM1L, FIS1, MFN1, MFN2, OPA1) и nbsp; |
| Флуоресцентные инструменты | |||
| Dendra2 | Митохондриальная матрица tag | Лаборатория Джаксона (PhAMexcised) | Фотокоммутируемый репортер (преобразование 405 нм, изображение 488/561 нм) |
| <сильные>микроскопы | |||
| Конфокальный микроскоп и bbsp; | Leica DMi8 | Живоклеточная визуализация и FRAP | лазеры 405 нм/488 нм/561 нм; |
| Изображение J | https://imagej.net/software/fiji/downloads | ||
| Плагин RGB Profiler | https://imagej.net/ij/plugins/rgb-profiler.html. | Анализ событий слияния (перекрытие сигналов красного и зелёного) |
Доступ ограничен. Войдите в систему или начните пробный период, чтобы просмотреть этот контент.