القياس الكمي عالي الإنتاجية القائم على الصور لتخليق وتوزيع الحمض النووي للميتوكوندريا

Summary

تم وصف إجراء لدراسة ديناميكيات استقلاب الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) في الخلايا باستخدام تنسيق لوحة متعددة الآبار والتصوير المناعي الآلي للكشف عن تخليق وتوزيع mtDNA وتحديده. يمكن استخدام هذا أيضا للتحقيق في آثار مثبطات مختلفة ، والضغوط الخلوية ، وإسكات الجينات على استقلاب mtDNA.

Abstract

تتطلب الغالبية العظمى من العمليات الخلوية إمدادا مستمرا بالطاقة ، والناقل الأكثر شيوعا هو جزيء ATP. تنتج الخلايا الحقيقية النواة معظم جزيئات ATP في الميتوكوندريا عن طريق الفسفرة التأكسدية. الميتوكوندريا عضيات فريدة من نوعها لأن لها جينوم خاص بها يتضاعف وينتقل إلى الجيل التالي من الخلايا. على عكس الجينوم النووي ، هناك نسخ متعددة من جينوم الميتوكوندريا في الخلية. تعد الدراسة التفصيلية للآليات المسؤولة عن تكرار وإصلاح وصيانة جينوم الميتوكوندريا ضرورية لفهم الأداء السليم للميتوكوندريا والخلايا بأكملها في ظل الظروف العادية والمرضية. هنا ، يتم تقديم طريقة تسمح بالقياس الكمي عالي الإنتاجية لتوليف وتوزيع الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA) في الخلايا البشرية المزروعة في المختبر . يعتمد هذا النهج على الكشف المناعي لجزيئات الحمض النووي المركبة بنشاط والتي تم تصنيفها بواسطة دمج 5-bromo-2'-deoxyuridine (BrdU) والكشف المتزامن عن جميع جزيئات mtDNA مع الأجسام المضادة للحمض النووي. بالإضافة إلى ذلك ، يتم تصور الميتوكوندريا بأصباغ أو أجسام مضادة محددة. إن زراعة الخلايا في شكل متعدد الآبار واستخدام مجهر مضان آلي يجعل من السهل دراسة ديناميكيات mtDNA ومورفولوجيا الميتوكوندريا في ظل مجموعة متنوعة من الظروف التجريبية في وقت قصير نسبيا.

Introduction

بالنسبة لمعظم الخلايا حقيقية النواة، تعتبر الميتوكوندريا عضيات أساسية؛ لأنها تلعب دورا مهما في العديد من العمليات الخلوية. أولا وقبل كل شيء ، الميتوكوندريا هي موردي الطاقة الرئيسيين للخلايا¹. تشارك الميتوكوندريا أيضا في تنظيم التوازن الخلوي (على سبيل المثال ، الأكسدة والاختزال داخل الخلايا² وتوازن الكالسيوم³) ، وإشارات الخلية^4,5 ، وموت الخلايا المبرمج⁶ ، وتوليف المركبات الكيميائية الحيوية المختلفة ^7,8 ، والاستجابة المناعية الفطرية⁹. ي....

Protocol

1. تحضير خليط siRNA

1. قبل يوم واحد من بدء التجربة ، خلايا البذور (على سبيل المثال ، HeLa) على طبق 100 مم بحيث تصل إلى التقاء 70٪ -90٪ في اليوم التالي.
   ملاحظة: يجب إجراء جميع العمليات في ظل ظروف معقمة في غرفة التدفق الصفحي.
2. تحضير الكمية المناسبة من siRNA المخفف إلى تركيز 140 نانومتر في وسط Opti-MEM (انظر جدول المواد). يمكن استخدام صفيحة 96 بئرا كخزان.
3. أضف 5 ميكرولتر من محلول siRNA (أو وسيط Opti-MEM لعينات التحكم) إلى كل بئر من الصفيحة الدقيقة لزراعة الخلايا السوداء ذات 384 بئرا.
   ملاحظة: اعتمادا على عدد عينات siRNA التي تم اختبارها ، يمكن استخدام ماصة إلكترونية أو متعددة القنوات.
4. قم بإعداد الك....

النتائج

يظهر مخطط لإجراء الدراسة عالية الإنتاجية لديناميكيات تخليق وتوزيع mtDNA في الشكل 1. يتيح استخدام تنسيق لوحة متعددة الآبار التحليل المتزامن للعديد من الظروف التجريبية المختلفة ، مثل إسكات الجينات المختلفة باستخدام مكتبة siRNA. تسمح الظروف المستخدمة لوضع العلامات على جزيئات ال.......

Discussion

تاريخيا ، تم استخدام وضع علامات الحمض النووي عن طريق دمج BrdU والكشف عن الأجسام المضادة في تكرار الحمض النووي النووي وأبحاث دورة الخلية¹⁴،^27،28. حتى الآن ، تضمنت جميع بروتوكولات الكشف عن الحمض النووي المسمى BrdU خطوة تمسخ الحمض النووي (حمضي أو ح.......

Materials

Name	Company	Catalog Number	Comments
2′,3′-Dideoxycytidine (ddC)	Sigma-Aldrich	D5782
384  Well Cell Culture Microplates, black	Greiner Bio-One	#781946
5-Bromo-2′-deoxyuridine (BrdU)	Sigma-Aldrich	B5002-1G	Dissolve BrdU powder in water to 20 mM stock solution and aliquot. Use 20 µM BrdU solution for labeling.
Adhesive sealing film	Nerbe Plus	04-095-0060
Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG1 secondary antibody	Thermo Fisher Scientific	A-21121
Alexa Fluor 555 goat anti-mouse IgM secondary antibody	Thermo Fisher Scientific	A-21426
BioTek 405 LS microplate washer	Agilent
Bovine Serum Albumin (BSA)	Sigma-Aldrich	A4503
Cell counting chamber Thoma	Heinz Herenz	REF:1080339
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM)	Cytiva	SH30243.01
Dulbecco's Modified Eagle Medium (DMEM)	Thermo Fisher Scientific	41965-062
Fetal Bovine Serum (FBS)	Thermo Fisher Scientific	10270-106
Formaldehyde solution	Sigma-Aldrich	F1635	Formaldehyde is toxic; please read the safety data sheet carefully.
Hoechst 33342	Thermo Fisher Scientific	H3570
IgG1 mouse monoclonal anti-BrdU (IIB5) primary antibody	Santa Cruz Biotechnology	sc-32323
IgM mouse monoclonal anti-DNA (AC-30-10) primary antibody	Progen	#61014
LightCycler 480 System	Roche
Lipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent	Thermo Fisher Scientific	#13778150
MitoTracker Deep Red FM	Thermo Fisher Scientific	M22426	Mitochondria tracking dye
Multidrop Combi Reagent Dispenser	Thermo Fisher Scientific
Opti-MEM	Thermo Fisher Scientific	51985-042
Orca-R2 (C10600) CCD Camera	Hamamatsu
Penicillin-Streptomycin	Sigma-Aldrich	P0781-100ML
Phosphate buffered saline (PBS)	Sigma-Aldrich	P4417-100TAB
PowerUp SYBR Green Master Mix	Thermo Fisher Scientific	A25742
qPCR primer Fw B2M (reference)			CAGGTACTCCAAAGATTCAGG
qPCR primer Fw GPI (reference gene)			GACCTTTACTACCCAGGAGA
qPCR primer Fw MT-ND1			TAGCAGAGACCAACCGAACC
qPCR primer Fw POLG			TGGAAGGCAGGCATGGTCAAACC
qPCR primer Fw TFAM			GATGAGTTCTGCCTGCTTTAT
qPCR primer Fw TWNK			GCCATGTGACACTGGTCATT
qPCR primer Rev B2M (reference)			GTCAACTTCAATGTCGGATGG
qPCR primer Rev GPI (reference gene)			AGTAGACAGGGCAACAAAGT
qPCR primer Rev MT-ND1			ATGAAGAATAGGGCGAAGGG
qPCR primer Rev POLG			GGAGTCAGAACACCTGGCTTTGG
qPCR primer Rev TFAM			GGACTTCTGCCAGCATAATA
qPCR primer Rev TWNK			AACATTGTCTGCTTCCTGGC
ScanR microscope	Olympus
siRNA Ctrl	Dharmacon	D-001810-10-5
siRNA POLG	Invitrogen	POLGHSS108223
siRNA TFAM	Invitrogen	TFAMHSS144252
siRNA TWNK	Invitrogen	C10orf2HSS125597
Suction device	NeoLab	2-9335	Suction device for cell culture
Triton X-100	Sigma-Aldrich	T9284-500ML
Trypsin	Biowest	L0931-500
UPlanSApo 20x 0.75 NA objective	Olympus