A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
يتم تطبيق متحد البؤر المسح المجهري لتصوير الأحداث الميتوكوندريا واحد في القلب perfused أو عضلات الهيكل العظمي في الحيوانات الحية. رصد في الوقت الحقيقي للعمليات الميتوكوندريا واحد مثل ومضات الفائق وغشاء التقلبات المحتملة يمكن تقييم وظيفة الميتوكوندريا في سياق ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية وخلال الاضطرابات المرضية.
الحبيبات الخيطية هي عضية داخل الخلايا الحرجة المسؤولة عن إنتاج الطاقة والإشارات بين الخلايا في أنظمة حقيقية النواة. ضعف الميتوكوندريا غالبا ما ترافق وتساهم في الأمراض التي تصيب البشر. وتستند غالبية المناهج التي تم تطويرها لتقييم وظيفة الميتوكوندريا واختلال وظيفي في المختبر أو على فيفو السابقين القياسات. والنتائج من هذه التجارب القدرة في تحديد وظيفة الميتوكوندريا في الجسم الحي محدودة. هنا، نحن تصف الرواية التي تستخدم نهج متحد البؤر المسح المجهري للتصوير الأنسجة سليمة في aminals الحية، والذي يسمح للتقييم وظيفة الميتوكوندريا واحد بطريقة الوقت الحقيقي في الجسم الحي. أولا، نحن توليد الفئران المعدلة وراثيا معربا عن الميتوكوندريا المستهدفة مؤشر الفائق، مبدل دائري بروتين فلوري الصفراء (MT-cpYFP). يتم إصلاح MT-cpYFP تخدير الماوس على محول المرحلة حسب الطلب ويتم أخذ الصور الوقت الفاصل بين وROM عضلات الهيكل العظمي المكشوفة من hindlimb. وضحى الماوس في وقت لاحق ويتم تعيين ما يصل لقلب Langendorff نضح مع حلول فسيولوجية في 37 درجة مئوية. يتم وضع القلب perfused في غرفة خاصة على المسرح المجهر متحد البؤر ويتم تطبيق ضغط لطيف لشل حركة القلب وقمع ضربات القلب التي يسببها قطعة أثرية الحركة. تم الكشف عن ومضات الفائق من قبل في الوقت الحقيقي التصوير 2D متحد البؤر على تردد إطار واحد في الثانية الواحدة. الحل نضح يمكن تعديلها لاحتواء ركائز مختلفة التنفس أو مؤشرات الفلورسنت الأخرى. ويمكن أيضا نضح تعديلها لإنتاج نماذج مرض مثل نقص التروية وضخه. هذا الأسلوب هو نهج فريد لتحديد وظيفة واحدة في الحبيبات الخيطية أنسجة سليمة والحية.
الميتوكوندريا تلعب دورا محوريا في الطاقة الحيوية الخلوية، مما يشير الى الجذور الحرة، الأكسدة التوازن، وتنظيم أيون، وتقرير مصير الخلية 1،2. ضعف الميتوكوندريا غالبا ما ترافق وراء التسبب في الأمراض 3-6. وخصوصا في النظم العضلات مثل القلب والعضلات والهيكل العظمي، ويوفر التنفس الميتوكوندريا غالبية ATP لدعم التنظيم في الوقت المناسب من الكالسيوم داخل الخلايا وقوية 7،8 تطوير القوة. هذه العضلات امتلاك عدد كبير من الميتوكوندريا التي غالبا ما تشغل ما يصل الى 20-40٪ من حجم الخلية الكلي و"الثابتة" بين لل myofilaments 2.
على الرغم من العديد من الدراسات، فهمنا للتنظيم وظيفة الميتوكوندريا، وتحديدا في الجسم الحي، وتحت الظروف ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية، محدودة. أحد الأسباب هو أن غالبية الطرق وضعت لتقييم وظيفة الميتوكوندريا في الاعتماد على vitro أو خارج الحي النهج، مثل مراقبة استهلاك الأوكسجين الميتوكوندريا المعزولة تستكمل مع ركائز مصطنعة، وغير المباشرة لتحديد وظيفة الميتوكوندريا من خلال التشكل (مثل الإلكترون المجهري)، نشاط انزيم (مثل النشاط أكونيتاز)، أو مستويات ATP داخل الخلايا 9-11 .
مؤخرا، مؤشرات الفلورسنت جزيء صغير مع تخصيب الميتوكوندريا النسبية طبقت لتقديم لمحة عن إشارات الميتوكوندريا، بما في ذلك إمكانات غشاء، والكالسيوم وأنواع الاكسجين التفاعلية (ROS)، في الخلايا سليمة 11-13. علاوة على ذلك، العديد من الأخضر بروتين فلوري (GFP) الأكسدة ومقرها وضعت مؤشرات لتحقيق ROS تقييم أكثر تحديدا من الأكسدة داخل الخلايا مجزأة أو ROS يشير 14-16. بين هذا، قمنا بتطوير مؤشر المشفرة وراثيا الفائق، ومبدل بروتين فلوري الصفراء دائرية، وtargeteد عليه في الميتوكوندريا (MT-cpYFP) 17. MT-cpYFP يمكن متحمس في 405 أو 488 نانومتر مع كل قمم الانبعاثات في 515 نانومتر. انبعاث في 488 نانومتر الإثارة تستجيب خصيصا لالفائق كما يتضح من السابق في التجارب المختبرية والمعايرة فيفو 17،18. يتم استخدام الانبعاثات في 405 نانومتر الإثارة كما الرقابة الداخلية (يرجى الرجوع إلى الشكل 1 من المرجع 17 للحصول على معلومات مفصلة عن الانبعاثات والإثارة أطياف MT-cpYFP في ظل ظروف مختلفة). مع مرور الزمن التصوير متحد البؤر، وهذا مؤشر يكشف انفجار الأحداث الإنتاج الفائق، واسمه ومضات الفائق، في الميتوكوندريا واحدة من الخلايا سليمة. يقدم الفائق فلاش بوصفها وظيفة مركب من التنفس الميتوكوندريا، المرفقة عابرة الميتوكوندريا الاستقطاب الغشاء وROS إنتاج 17-20. في الآونة الأخيرة، ونحن قد ولدت الأنسجة عموم MT-cpYFP الفئران المعدلة وراثيا باستخدام ناقلات تقوم تقنية-CAGGS-MT-cpYFP 17،19 C57/BL6 على خلفية والتحقق من اكسبريس قويةسيون من هذا المؤشر في قلب والعضلات والهيكل العظمي والأنسجة الأخرى (الشكل 2). فإن الفئران المعدلة وراثيا تكون متاحة للمحققين الأكاديمية المهتمة بناء على طلب وموافقة MTA من جامعة واشنطن.
في هذه الدراسة، ونحن تصف الوضع الطبيعي من ومضات التصوير الفائق في قلب Langendorff perfused وكذلك في الجسم الحي التصوير من الأحداث فلاش في عضلات الهيكل العظمي من تخدير MT-cpYFP الفئران المعدلة وراثيا في 17،19. هذه التكنولوجيا تتيح رصد في الوقت الحقيقي للأحداث إنتاج ريوس الميتوكوندريا واحد في حالة ذات الصلة من الناحية الفسيولوجية في الجسم الحي أو 21،22. بل هو أيضا من المجدي استخدام نظام لرصد الأخرى المعلمات الميتوكوندريا واحد مثل غشاء المحتملة والكالسيوم مع مؤشرات الفلورسنت المناسبة. التقييم كذلك، في وقت واحد أو بالتوازي وظيفة الميتوكوندريا مع الأحداث داخل الخلايا (مثل العابرين الكالسيوم) أو وظيفة القلب (على سبيل المثال. جزء طرد) لا يمكن أن يتحقق. الاضطرابات المرضية، مثل نقص التروية وضخه، يمكن تطبيقها على قلب perfused لتقييم تأثير الإجهاد على وظيفة الميتوكوندريا واحدة في عضلة القلب سليمة.
1. تجربة إعداد
2. التصوير متحد البؤر من عضلات الهيكل العظمي في فيفو
3. التصوير متحد البؤر من القلب Perfused ماوس
4. معالجة الصور وتحليل البيانات
وفقا لهذا البروتوكول، في الجسم الحي التصوير من الأحداث الميتوكوندريا واحد يمكن القيام به في عضلات الهيكل العظمي من الفئران تخدير تليها التصوير في الموقع perfused القلب (الشكل 1) في. سوف الإعداد الأمثل للظروف التصوير ضمان صور واضحة للأنسجة العضلات...
تصوير الأحداث الميتوكوندريا واحد في الحيوانات الحية أو الأجهزة perfused لديه ميزة كبيرة على الأساليب التقليدية لتقييم وظيفة الميتوكوندريا 17،19،21،22،24،25. تقنية الموضحة هنا يمكن أن يحقق في الوقت الحقيقي في تحديد الموضع وظيفة الميتوكوندريا في حالة فسيولوج?...
يعلن الكتاب أنه ليس لديهم مصالح مالية المتنافسة.
فإن الكتاب أود أن أشكر الدكاترة. خه بينغ تشنغ، Huiliang تشانغ وستيفن Kolwicz على تعليقاتهم المفيدة والدعم التقني في تطوير هذا الأسلوب. وأيد هذه الدراسة من قبل المعاهد الوطنية للصحة منح والمنح الإنمائية العلماء من جمعية القلب الأمريكية لWW.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
REAGENTS | |||
Blebbistatin | Toronto Research Chemicals | B592500 | |
CaCl2 | Acros Organics | AC34961-5000 | |
EDTA | Fisher Scientific | BP120-500 | |
D-Glucose | Sigma-Aldrich | G8270-1 | |
HEPES | Sigma-Aldrich | H7006-500 | |
KCl | Sigma-Aldrich | P9541-1 | |
MgCl2•6H2O | Fisher Scientific | BP214-500 | |
MgSO4•7H2O | Sigma-Aldrich | M1880-1 | |
NaCl | Fisher Scientific | BP358-212 | |
NaH2PO4 | Sigma-Aldrich | S8282-500 | |
NaHCO3 | Sigma-Aldrich | S6014-1 | |
Pyruvate | Sigma-Aldrich | P2256-25 | |
TMRM | Invitrogen | T-668 | |
EQUIPMENT | |||
Confocal Line Scanning Microscope (LSM 510 Meta, Zeiss), software version 4.2 SP1 including "Physiological Analysis" module. |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved