$$\rightleftharpoonup{xx}$$
$$\longleftharp{xx}$$,
$$\longrightharp{xx}$$,
Mitokondri, neredeyse tüm ökaryotik hücrelerin güç merkezleridir 1,2. Oksidatif fosforilasyon yoluyla ATP üretimine ek olarak, mitokondri biyoenerjetik kalsiyum homeostazı, serbest radikal üretimi, apoptoz ve hücresel homeostaz 3,4,5 gibi diğer süreçlerde hayati bir rol oynamaktadır. Mitokondri, elektron taşıma zincirindeki çoklu komplekslerden reaktif oksijen türleri (ROS) ürettiğinden, antioksidan savunma sistemi çöktüğünde yapısal hasara ve işlev bozukluğuna yol açabilecek potansiyel oksidatif stres tarafından sürekli olarak uyarılırlar 6,7. Mitokondriyal disfonksiyonun metabolik bozukluklar, nörodejenerasyon ve kardiyovasküler hastalık8 dahil olmak üzere birçok hastalığa katkıda bulunduğu bulunmuştur. Bu nedenle, sağlıklı mitokondriyal popülasyonları ve bunların uygun işlevlerini korumak çok önemlidir. Mitokondri oldukça plastik ve dinamik organellerdir; morfolojileri ve fonksiyonları, mitokondriyal proteinlerin post-translasyonel modifikasyonları (PTM), mitokondriyal biyogenez, füzyon, fisyon ve mitofaji 9,10 dahil olmak üzere mitokondriyal kalite kontrol mekanizmaları tarafından kontrol edilir. Proteinlerin dinamin süper ailesinin bir GTPazı olan dinamin ile ilişkili protein 1'in (DRP1) aracılık ettiği mitokondriyal fisyon, küçük ve yuvarlak mitokondri ile sonuçlanır ve mitofaji11,12 tarafından temizlenebilen ve parçalanabilen işlevsiz mitokondrileri izole eder.
Mitofaji, mitokondrileri otofaji ile seçici olarak bozan, genellikle yaralanma, yaşlanma veya stresten sonra hasarlı mitokondrilerde ortaya çıkan hücresel bir süreçtir. Daha sonra, bu mitokondriler bozulma10 için lizozomlara verilir. Bu nedenle, mitofaji, mitokondrinin miktarını ve kalitesini çok çeşitli hücre tiplerinde sağlıklı bir durumda tutmaya yardımcı olan katabolik bir süreçtir. Normal fizyolojik ve stres koşulları altında hücresel homeostazın restorasyonunda çok önemli bir rol oynar13,14. Hücreler, farklı hücresel stres sinyalleri ve gelişimsel değişiklikler tarafından indüklenen karmaşık bir mitofaji mekanizması ile karakterizedir. Mitopaji düzenleyici yolakları ubikitine bağımlı veya reseptöre bağımlı15,16 olarak sınıflandırılır; ubikitin bağımlı otofajiye kinaz PINK1 ve ubikitin ligaz Parkin E3'ün mitokondri17,18'e alınması aracılık ederken, reseptöre bağımlı otofaji, otofaji reseptörlerinin mitokondriyal hasara yanıt olarak mitofajiye aracılık eden mikrotübül ile ilişkili protein hafif zincir LC3'e bağlanmasını içerir19.
İletim elektron mikroskobu (TEM), mitofaji20'yi gözlemlemek ve tespit etmek için en yaygın kullanılan yöntemdir ve hala en iyi yöntemlerden biridir. Mitofajinin morfolojik özellikleri, otofagozomların lizozomlarla füzyonu ile oluşan otofagozomlar veya otolizozomlardır ve elektron mikroskobu görüntülerinden gözlemlenebilir21. Bununla birlikte, elektron mikroskobunun (EM) zayıflığı, mitokondriyal depolarizasyon, mitokondriyal fisyon ve otofagozomların ve lizozomların füzyonu gibi mitofajinin dinamik süreçlerini canlı hücre20'de izleyememektir. Bu nedenle, canlı organelleri görüntüleme yoluyla mitofajiyi değerlendirmek, mitokondriyal araştırmalar için cazip bir alternatif yöntemdir. Burada açıklanan canlı hücre görüntüleme tekniği, mitokondri ve lizozomları boyamak için iki floresan boya kullanır. Mitofaji meydana geldiğinde, otofagozomlar tarafından yutulan hasarlı veya gereksiz mitokondri, mitokondriyal boya tarafından yeşile boyanırken, kırmızı boya lizozomları boyar. Otolizozomlar olarak adlandırılan bu otofagozomların ve lizozomların füzyonu, yeşil ve kırmızı floresanın üst üste binmesine ve sarı noktalar olarak tezahür etmesine neden olur, böylece mitofaji22'nin oluşumunu gösterir. Hücre perkastı mitokondri boyası (MitoTracker Green), mitokondri23'ü etiketlemek için hafif bir tiol-reaktif klorometil moiety içerir. Mitokondrileri etiketlemek için, hücreler plazma zarı boyunca pasif olarak yayılan ve aktif mitokondride biriken boya ile basitçe inkübe edilir. Bu mitokondri boyası canlı hücreleri kolayca lekeleyebilir ve aldehit ile sabitlenmiş veya ölü hücrelerin boyanmasında daha az etkilidir. Lizozom boyası (LysoTracker Red), canlı hücrelerdeki asidik organelleri etiketlemek ve izlemek için kullanılan floresan asidotropik bir probdur. Bu boya, asidik organeller için yüksek bir seçicilik sergiler ve canlı hücreleri nanomolar konsantrasyonlarda etkili bir şekilde etiketleyebilir24.
Bu floresan boyaların, boyaların yüklenmesi ve mitokondri ve lizozomların görselleştirilmesi de dahil olmak üzere canlı hücrelerde kullanılması için prosedürler burada sunulmuştur. Bu yöntem, araştırmacıların canlı hücreli floresan mikroskopi kullanarak mitofajiyi gözlemlemelerine yardımcı olabilir. Mitokondri ve lizozomları ölçmek ve mitokondriyal morfolojiyi değerlendirmek için de kullanılabilir.