Bu makale, Dendra2 foto-anahtarlama floresansı yoluyla mitokondriyal fisyon/füzyon dinamiklerini değerlendirmek için konfokal mikroskopi ve ImageJ'nin kullanımını açıklamaktadır.
Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliğiniz gereklidir. Giriş yapın veya ücretsiz denemenizi bugün başlatın.
Yöntem makalesi
Bu makale, Dendra2 foto-anahtarlama floresansı yoluyla mitokondriyal fisyon/füzyon dinamiklerini değerlendirmek için konfokal mikroskopi ve ImageJ'nin kullanımını açıklamaktadır.
Mitokondri, ATP sentezindeki rolleriyle en iyi şekilde tanınır ve hücresel metabolizmanın temel düzenleyicileri olarak hizmet eder. Mitokondriyal dinamikler, mitokondrinin hücre içi ve hücreler arası hareketinin yanı sıra fisyon/füzyon süreçlerini de kavrar. Bu olaylar, hücresel homeostazı, morfolojiyi, biyoenerjetiği, kalite kontrolü ve stres tepkilerini koruyarak mitokondriyal fonksiyonun sürdürülmesi için temeldir. Öte yandan mitokondriyal dinamiklerin düzensizliği hücresel morfolojiyi ve işlevi etkiler. Mitokondri fisyonu/füzyon olaylarının hassas ölçümü hücresel sağlığın göstergesi olabilir. Mitokondri dinamiklerini ölçmek için mevcut metodolojiler, süper çözünürlüklü mikroskopi, bağlantı için floresan teknikleri (Fotoağartma Sonrası Floresan Geri Kazanımı (FRAP)) ve uzay-zamansal kontrol için optogenetik araçlar gibi gelişmiş görüntülemeyi kullanır. Kantitatif analiz, fisyon/füzyon dengesini gösteren uzunluk, sayı ve dallanma gibi parametreleri ölçmek için hesaplama araçlarını kullanır. Ancak bu yöntemler beceri ve gelişmiş araçlar gerektirir. Bu makalede, mitokondriyal sitokrom c olarak etiketlenmiş dendra2 proteininin foto-anahtarlama özelliğini kullanarak fisyon/füzyon olaylarını incelemek için ImageJ'de (Fiji) kullanımı ücretsiz araçlarla birleştirilmiş konfokal mikroskopi kullanımını açıklıyoruz.
Mitokondri, enerji üretimi, hücre ölümü ve sinyal iletiminde hayati bir rol oynayan dinamik bir organeldir1. Mitokondriyal morfoloji, hücre içi ve hücre dışı koşullara oldukça duyarlı olan ve hücresel sağlığın korunması için çok önemli olan mitokondriyal bölmelerin boyutunu ve şeklini ifade eder2. Mitokondrinin morfolojisi, işlevleri hakkında önemli bilgiler sağlayabilir, ancak mitokondriyal şekildeki değişiklikler hücresel metabolizmayı ve genel sağlığı etkileyebilir3. Mitokondriyal morfolojinin bozulması, nörodejeneratif bozukluklar, kanser ve metabolik hastalıklar dahil olmak üzere çeşitli hastalıklarla ilişkilidir4. Mitokondriyal morfoloji, hücresel homeostazı korumak ve çeşitli metabolik gereksinimlere yanıt vermek için çok önemli olan füzyon ve fisyon/füzyon olayları tarafından dinamik olarak düzenlenir 5,6.
Mitokondriyal dinamikler, organelin farklı stres faktörlerine ve metabolik gereksinimlere yanıt vermesine yardımcı olur7. Sürekli fisyon/füzyon ve mitokondrinin hücreler içinde veya hücreler arasında hareketini içerir. Mitokondri, fisyon/füzyon olayları yoluyla morfolojideki değişiklikler yoluyla hücresel enerji taleplerine uyum sağlar8. Bu süreçler mitokondriyal şekli belirler ve enerji çıkışı, reaktif oksijen türleri (ROS) üretimi ve mitokondriyal kalite kontrolü gibi mitokondriyal fonksiyonları etkiler 7,9,10. Ayrıca, mitokondriyal fisyon/füzyon, işlevsel bir mitokondriyal ağı11 koruyan dengeleyici mekanizmalardır. Füzyon, mitokondriyal içeriklerin değişimine izin vererek, yerel hasara karşı tamamlamayı ve tamponlamayı teşvik ederken, fisyon, hasarlı mitokondrinin mitofaji 7,12 yoluyla ayrılmasını ve çıkarılmasını sağlar. Ayrıca fisyon, mitokondrinin hasarlı bileşenlerinin ayrılmasına yardımcı olur ve bunlar daha sonra seçici bir otofaji süreci olan mitofaji ile uzaklaştırılır13. Öte yandan füzyon, mitokondriyal içeriklerin tamamlanmasına izin vererek hasarlı bileşenleriseyreltir 14. Mitokondriyal Fisyon/Füzyondaki kilit oyuncular, dış mitokondriyal membran füzyonu15,16 için gerekli olan Mitofusinlerdir (MFN1/2), (OPA1): bu dinamin benzeri GTPaz, iç mitokondriyal membran füzyonundansorumludur 16. Fisyon proteinleri, dinaminle ilişkili protein 1'i (Drp1), fisyon öncesi protein 13,17'yi içerir. Mitokondriyal fisyon 1 proteini (Fis1), Mitokondriyal fisyon faktörü (Mff) ve Mitokondriyal Fisyon Düzenleyici1 Benzeri (MTFR1L). Mitokondriyal üst yapıyı incelemek için süper çözünürlüklü EM gibi çeşitli teknikler kullanılmıştır18. Bireysel mitokondriyal mRNA'yı ve ilişkili proteinleri görselleştirmek için STED ve MINFLUX süper çözünürlüklü mikroskopi (nanoskopi) ile birleştirilmiş tek moleküllü floresan in situ hibridizasyon (smFISH) kullanılmıştır18. Tek molekül lokalizasyon mikroskobu (SMLM) teknikleri, membran aralığındaki değişiklikleri izler19. Stokastik optik rekonstrüksiyon mikroskobu (STORM) süper çözünürlüklü mikroskopi, mitokondriyal iç zar komplekslerininincelenmesine izin verir 20. Ancak bu gelişmiş ekipmanın kullanımına kolay erişilememektedir. Konfokal mikroskopiye erişilebilir ve daha az uzmanlık gerektirir. Ayrıca, mitokondriyal hedefli floresan proteinlerin geliştirilmesi, mitokondriyal füzyonu22 görselleştirmek ve ölçmek için fotoaktive edilebilir Yeşil Floresan Proteini (GFP) kullandığımız için, canlı hücrelerde21 mitokondriyal dinamiklerin incelenmesini önemli ölçüde ilerletmiştir.
Mitokondriyal fisyon ve füzyonu incelemek için hücreler strese alınır veya DNA'ya bağlanan ve DNA hasarına neden olan ve mitokondri aracılı apoptoz23 ile sonuçlanan sisplatin gibi ilaçlara maruz bırakılır. Bu çalışmada, mitokondri açısından zengin oldukları ve yüksek rejenerasyon kapasitesine sahip oldukları için sisplatin ile tedavi edilen böbrek tübüler hücrelerinde fisyon ve füzyon olaylarını incelemek için foto-aktive olabilen mitokondri farelerinden foto-değiştirilebilir etiketli Dendra2 mitokondri kullandık. Bununla birlikte, bu protokol, ışıkla değiştirilebilir etiketli Dendra2 mitokondrisine sahip herhangi bir hücre tipinde kullanılabilir (Şekil 1A-C).
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Tüm hayvan çalışmaları, Temple Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakım ve Kullanım Komitesi, Temple Üniversitesi (Hayvan Protokolü-5183) tarafından onaylanan protokollere uygun olarak gerçekleştirildi. Dendra2 proteinini eksprese eden mitokondriye sahip Pham fareleri satın alındı.
1. Hücre kültürü ortamının hazırlanması
2. Sisplatin kullanarak stres indüksiyonu
3. Görüntüleme
4. Görüntü analizi
NOT: Mitokondri, Dendra2 proteini ile etiketlendiğinden, fotoağartma işleminden sonra, dendra2 proteininde geri dönüşü olmayan bir konformasyonel değişiklik, 561 nm lazer ile tespit edilen kırmızı floresanda bir artışa yol açar. Kırmızı mitokondri, ağartılmamış yeşil mitokondri ile birleştiğinde, kombinasyon sarı bir renk verir. Bu fenomenden yararlanılarak dinamik fisyon/füzyon olayları ölçülebilir.
5. Füzyon olaylarını analiz edin
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Primer tübüler epitel hücreleri, enzimatik sindirim yoluyla fare böbreğinden izole edildi ve %5 CO altında 37 ° C'de %5 FBS, %1 penisilin-streptomisin ile desteklenmiş DMF-12 içinde kültürlendi. %80 birleşmeye ulaştıktan sonra, hücreler tripsinize edildi (%0.25 tripsin-EDTA) ve kuyu başına 5 × 104 hücre yoğunluğunda, kollajen ile önceden kaplanmış cam tabanlı kültür plakalarına ekildi.
Kültür ortamı, %0.004 DMSO (v/v; sisplatin çözücü hac...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Mitokondriyal fisyon/füzyon, mitokondriyal homeostazı ve hücresel canlılığı koruyan çok önemli dinamik süreçlerdir26. Bu süreçlerin doğru değerlendirilmesi, mitokondriyal morfolojiyi, dinamikleri ve işlevigörselleştirmek ve ölçmek için gelişmiş görüntüleme teknikleri gerektirir 27,28. Mitokondriyal fisyon/füzyonu ölçmek için çeşitli teknikler kullanılmıştır. Gelişmiş araçlardan bazıları, canlı hücrelerde m...
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
Yazarlar açıklayacak hiçbir şeyleri olmadığını beyan ederler.
Bu çalışma, Ulusal Sağlık Enstitüsü hibe numarası 5R01DK135470-03, ISAC-NIH hibesi 5U24DK128851-03 ve Amerikan Kalp Derneği doktora sonrası bursu ile desteklenmiştir.
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.
| Ad | Şirket | Katalog numarası | Yorumlar |
|---|---|---|---|
| Hücre Kültürü | |||
| DMEM/F12 | bazal ortam & nbsp; | (Gibco/Cat. No.11320033 ) | Proksimal Tübüler hücre kültürü |
| Fetal Bovine Serum (FBS) | %5-10 takviye ve nbsp; | (Biowest/Cat. No.S181B) | Kültür ortamı zenginleştirme & nbsp; |
| Penisilin-Streptomisin | 100X | (Gibco/Cat. No.15140122) | Antibiyotik koruma |
| Kollajen IV | kaplama | (Sigma-C5533-5M) | Ibidi plaka kaplama |
| Tripsin-EDTA | %0,25 çözüm | (Gibco/Cat. No.25200056) | Hücre ayrımı |
| Fosfat-tamponlu tuzlu (PBS) & nbsp; | (Gibco/Cat. No.10010023 ) | Hücre yıkama & nbsp; | |
| Tedaviler | |||
| Cisplatin | 2 µ M çalışma yoğunluğu | (Selleck Chemicals/Cat. No.S1166) | Stres indüksiyonu |
| Dimetil Sülfoksit (DMSO) | araç kontrolü | (Fisher Scientific/Cat. No.D1391) | Cisplatin çözücü kontrolü |
| Görüntüleme | |||
| Fenol Kırmızısız Medium | Canlı görüntüleme ve nbsp; | (Gibco/Cat. No.21041025) | Azaltılmış arka plan floresansı |
| Moleküler Biyoloji | |||
| TRIzol® | RNA çıkarımı | (Gibco/Cat. No.15596018) | Toplam RNA izolasyonu |
| SYBR Yeşil Master Mix | qPCR kimyası | (Termo Bilim/Cat. No.K0221) | Mitokondriyal dinamik gen ekspresyonları (DNM1L, FIS1, MFN1, MFN2, OPA1) & nbsp; |
| Fluoresan Tools | |||
| Dendra2 | Mitokondriyal matriks etiketi | Jacson Laboratuvarı(PhAMeksizlenmiş) | Fotoğraf anahtarlanabilir muhabir (405nm dönüşüm, 488/561nm görüntüleme) & nbsp; |
| Mikroskoplar | |||
| Konfokal Mikroskop | Leica DMi8 | Canlı hücre görüntüleme ve FRAP | 405nm/488nm/561nm lazerler ve nbsp; |
| Görsel: J | https://imagej.net/software/fiji/downloads | ||
| RGB Profiler Eklentisi | https://imagej.net/ij/plugins/rgb-profiler.html. | Füzyon olay analizi (kırmızı/yeşil sinyal örtüşmesi) |
Erişim kısıtlı. Bu içeriği görüntülemek için lütfen giriş yapın veya deneme sürümünü başlatın.