Makro otofaji, organeller ve proteinler gibi hem hasarlı hem de işlevsiz hücresel bileşenlerin geri dönüşüm veya enerji üretimi amacıyla katabolik bozunmasını içeren hücre içi bir süreçtir. Bu metabolik süreci başlatmak için hücre, hasarlı hücresel bileşenleri, bir lizozomla birleşen ve içeriği bozulan ve geri dönüştürülen otofagozom olarak bilinen çift zarlı bir yapıya yutar 1,2. Seçici olmayan ve seçici olmak üzere iki ana otofaji türü vardır. Seçici olmayan otofaji süreci, hücre besin yoksunluğu koşulları altındayken ve hem temel besinleri hem de enerjiyi temizlemesi gerektiğinde ortaya çıkar. Bununla birlikte, seçici otofaji, hem işlevsiz / hasarlı organellerin hem de aksi takdirde toksik olabilecek proteinlerin uzaklaştırılmasına aracılık etmek için ortaya çıkar. En çok çalışılan seçici otofaji süreçlerinden biri, mitofaji 1,3-5 olarak adlandırılan mitokondrinin uzaklaştırılmasıdır.
Mitokondri, hücre metabolizması için merkezi organellerdir ve elektron taşıma zinciri, yağ asidi oksidasyonu ve trikarboksilik asit (TCA) döngüsü yoluyla oksidatif fosforilasyon yoluyla birincil adenozin trifosfat (ATP) kaynağıdır. Ayrıca mitokondri, reaktif oksijen türleri (ROS) üretimini düzenler ve hücre ölüm yollarına 6-8 katılan proteinleri serbest bırakır.
PTEN ile indüklenen varsayılan kinaz 1 (PINK1) ve Parkin RBR E3 ubikitin ligaz (Parkin), mitofaji sürecinde yer alan anahtar proteinlerdir. Parkin, mitokondriyal kalite kontrolü9 yoluyla hücreyi sağlıklı tutarak hücre ölümüne karşı koruma sağlayabilir. Mitokondriyal membran potansiyelinin kaybı üzerine, sitozolik Parkin, PINK1 tarafından mitokondriye alınır. Bu işe alım, mitofaji 10'un ardışık olaylarını tetikler. Mitofajinin temel bir mitokondri kalite kontrol süreci olduğuna ve bu süreçteki anormalliklerin hastalığa neden olduğuna dair çok çeşitli kanıtlar vardır 7. Örneğin, otozomal resesif Parkinson hastalığı, Parkin ve PINK1'i kodlayan genlerdeki mutasyonlarla ilişkilendirilmiştir (sırasıyla PARK2 ve PINK1) 11. Mitokondriyal sağlığın kalite kontrolü, ROS12 birikimine katkıda bulunan mitokondrinin uzaklaştırılması için gereklidir. Hücre içi ROS'un aşırı varlığı hem nükleer hem de mitokondriyal DNA'nın (sırasıyla DNA ve mt DNA'sı) hasarına yol açabilir.
Burada, karbonil siyanür 4- (triflorometoksi) -fenilhidrazonun (FCCP) in vitro uygulaması yoluyla ölümsüzleştirilmiş fare embriyonik fibroblastlarında Parkin aracılı mitofajinin indüksiyonundan sonra Parkin agregasyonunu takip etmek için hızlandırılmış bir video mikroskobu yaklaşımı gösteriyoruz. FCCP, protonları dış mitokondri zarı boyunca kısa devre yaparak ve dolayısıyla oksidatif fosforilasyonu elektron taşıma zincirinden 13 ayırarak ATP sentezini bozar. Mitokondriyal zarın depolarizasyonunu tetiklemek, mitokondrinin bozulmasına ve seçici Parkine bağlı uzaklaştırmaya yol açar. Bu nedenle, ilgilenilen hücrelerin bir floresan işaretleyici (geliştirilmiş sarı floresan proteini, EYFP) ile kaynaşmış Parkin'i kodlayan bir ekspresyon vektörü ile transfekte edilmesi, mitofajik süreç sırasında Parkin'in alımını takip etmek için bir floresan etiketi olarak kullanılabilir. Mitokondriyi görselleştirmek için, sitokrom c oksidaz alt birimi VIII'in (Mito) mitokondriyal hedefleme dizisini içeren kırmızı floresan proteini (DsRed2) kodlayan pDsRed2-Mito'yu birlikte transfekte ettik. pDsRed2-Mito, mitokondri14'ün floresan etiketlemesi için tasarlanmıştır. Parkinin mitokondriyal membrana translokasyonu için gereken süre ölçülebilir ve hücresel sağlığın dolaylı bir ölçüsünü verir. Örneğin, belirli bir ilgilenilen gen için nakavt edilen bir hücre hattı, FCCP tarafından mitofajinin indüksiyonundan sonra Parkin'in daha hızlı veya daha yavaş bir şekilde işe alındığını gösteriyorsa, bu gen ürününün, hücrenin metabolik hızlarını fizyolojik durumda tutmak ve hastalıkların gelişmesini önlemek için kilit bir oyuncu olacağını söyleyebiliriz. Bu nedenle, hızlandırılmış video mikroskobu, etiketli proteinlerin moleküler süreçleri sırasında dinamiğini takip etmede ve bu süreçlerin patolojik bir durum sırasında nasıl etkilendiğini anlamada hem temel hem de klinik araştırma uygulamaları için çok güçlü bir araç sağlar.