使用HeLa细胞中的实时成像对线粒体膜电位和超氧化物水平进行基于荧光的定量

摘要

该技术描述了一种有效的工作流程，使用基于荧光的实时成像可视化和定量测量HeLa细胞内的线粒体膜电位和超氧化物水平。

摘要

线粒体是通过ATP合成 控制 能量产生，对代谢稳态至关重要的动态细胞器。为了支持细胞代谢，各种线粒体质量控制机制合作以维持健康的线粒体网络。其中一种途径是线粒体自噬，其中PTEN诱导的激酶1（PINK1）和受损线粒体的Parkin磷酸化泛素化促进自噬体隔离并随后通过溶酶体融合 从 细胞中去除。线粒体自噬对细胞稳态很重要，帕金的突变与帕金森病（PD）有关。由于这些发现，人们非常重视研究线粒体损伤和周转，以了解线粒体质量控制的分子机制和动力学。在这里，活细胞成像用于可视化HeLa细胞的线粒体网络，以量化线粒体解偶联剂羰基氰间氯苯基腙（CCCP）处理后的线粒体膜电位和超氧化物水平。此外，表达抑制帕金依赖性线粒体自噬的帕金PD连锁突变（Parkin^T240R）以确定与表达野生型帕金的细胞相比突变如何影响线粒体网络。此处概述的方案描述了一种简单的工作流程，使用基于荧光的方法有效地量化线粒体膜电位和超氧化物水平。

引言

线粒体网络是一系列相互连接的细胞器，在能量产生¹，先天免疫²，³和细胞信号传导^4，5中起着至关重要的作用。线粒体失调与帕金森病（^PD）等神经退行性疾病有关6^，7。PD是一种进行性神经退行性疾病，影响黑质的多巴胺能神经元，^{影响全球近}1000万人8。PD与线粒体自噬有遗传联系，线粒体自噬是维持细胞稳态所必需的线粒体质量控制途径，选择性地去除受损的线粒体^9，10。研究已经确定了多种独立的线粒体自噬途径，包括含有 1 （FUNDC1） 介导的线粒体自噬的 FUN14 结构域、Bcl-2 相互作用蛋白 3 （BNIP3） 促进的线粒体自噬、NIX 依赖性线粒体自噬以及特征明确的 PTEN 诱导激酶 1 （PINK1）/帕金调节线粒体自噬^10，11。P....

研究方案

1. 生物样品的制备

注意：在生物安全柜中使用无菌技术执行以下步骤。用70%乙醇喷洒机柜表面和所有材料。

1. HeLa细胞培养和转染
   1. 在Dulbecco的改良鹰培养基（DMEM）中培养30，000个HeLa细胞，含有4.5g / L葡萄糖，补充有10%胎牛血清和1%L-谷氨酰胺溶液（HeLa培养基;参见 材料表）。将细胞铺在含有 2 mL 预热 HeLa 培养基的 35 mm 玻璃底成像皿（参见材料 T 上）。将HeLa培养物保持在5%CO₂ 和37°C^26，27。
   2. 电镀后的第二天，使用光学显微镜检查35毫米成像皿，以确保细胞~50%-60%汇合。汇合后，用空的黄色荧光蛋白（YFP）载体，YFP-Parkin^WT或YFP-Parkin^T240R 转染HeLa细胞（图1A）。
   3. 每次转染时，在无菌微量离心管中制备两种单独的混合物。通过敲击试管或轻轻上下移液进行混合。
      1. 在管 1 中，将 200 μL 还原血清培养基（参见 材料表

讨论

此处概述的工作流程可用于使用基于荧光的成像稳定且可重复地量化线粒体膜电位和超氧化物水平³⁰。在设计这些实验时，需要考虑重要的技术限制。用空的YFP载体YFP-Parkin^WT或YFP-Parkin^T240R转染HeLa细胞。空的YFP载体被用作对照，以确认实验结果是帕金特有的。对于瞬时转染，通过实验确定DNA与转染试剂的质量比为1：3，以产生最高的转染率，其中每个构建体使用2 μ.......

材料

Name	Company	Catalog Number	Comments
Chemicals, Peptides, and Recombinant Proteins
CCCP (carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone)	Sigma-Aldrich	C2759
DMEM (1x) with 4.5 g/L glucose	Gibco	11-965-084
DMSO, Anhydrous	ThermoFisher Scientific	D12345
Fetal Bovine Serum	Hyclone	SH3007103
FuGENE 6 (Tranfection Reagent)	Promega	E2691
GlutaMAX 100x (L-Glutamine Solution)	Gibco	35-050-061
Hoescht 33342	ThermoFisher Scientific	62249
MitoSOX  Red	ThermoFisher Scientific	M36008
MitoTracker Deep Red	ThermoFisher Scientific	M7514
Opti-MEM (Redued Serum media)	ThermoFisher scientific	31985070
Tetramethylrhodamine, Ethyl Ester, Perchlorate (TMRE)	ThermoFisher Scientific	T669
Experimental models: Organisms/Strains
HeLa-M (Homo sapiens)	A. Peden (Cambridge Institute for Medical Research)	N/A
Recombinant DNA
EYFP Empty Vector	N/A	N/A
YFP-Parkin T240R	This Paper	Generated by site-directed mutagenesis from YFP-Parkin
YFP-Parkin WT	Addgene; PMID:19029340	RRID:Addgene_23955
Software and Algorithms
Adobe Illustrator	Adobe Inc.	https://www.adobe.com/products/illustrator	(Schindelin, 2012)
Excel (Spreadsheet Software)	Microsoft Office	https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/excel
ImageJ		https://imagej.net/software/fiji/
Leica Application Suite (LAS X)	Leica	https://www.leica-microsystems.com/products/microscope-software/p/leica-las-x-ls/
Microsoft Excel	Microsoft Office	https://www.microsoft.com/excel
Prism9 (Statistical Analysis Software)	GraphPad Software	https://www.graphpad.com
Other
35 mm Dish, No. 1.5 Coverslip, 20 mm Glass Diameter, Uncoated	MatTek	P35G-1.5-20-C
Cage Incubator (Environmental Chamber)	Okolab	https://www.oko-lab.com/cage-incubator
DMiL Inverted Microscope	Leica	N/A
LIGHTNING Deconvolution Software	Leica	N/A
STELLARIS 8 confocal microscope	Leica	N/A