Bildgebung von mtHyPer7, einem ratiometrischen Biosensor für mitochondriales Peroxid, in lebenden Hefezellen

Mitochondrien sind Organellen innerhalb von Zellen, die die Energiemobilisierung, den zentralen Stoffwechsel, die Produktion lebenswichtiger Makromoleküle, die Kalziumspeicherung und die Signaltransduktion erleichtern. Infolgedessen spielen sie eine entscheidende Rolle bei der Zellfunktion, der Fitness und der Kontrolle der Lebensspanne. Unsere Forschung konzentriert sich auf die Untersuchung des Einflusses von Mitochondrien auf das Altern anhand der knospenden Hefe Saccharomyces cerevisiae als Modellorganismus.

Die Bildgebung lebender Zellen ist unser bestes Werkzeug, um Variationen in der mitochondrialen Funktion zu beobachten. Hier beschreiben wir eine Methode, die einen genetisch kodierten metrischen Spektralverschiebungs-Biosensor namens mitochondrialer HyPer7 verwendet. mtHyPer7 detektiert Wasserstoffperoxid, eine reaktive Sauerstoffspezies, die zelluläre Bestandteile schädigen kann, aber auch als Signalmolekül in Mitochondrien lebender Zellen fungiert.

mtHyPer7 hat eine hohe Affinität zu Wasserstoffperoxid und eine geringe Empfindlichkeit gegenüber dem pH-Wert. Es ist in das Hefegenom integriert, was zu einer stabilen und konsistenten Expression in Hefezellpopulationen führt. Schließlich ist es quantitativ auf die Mitochondrien ausgerichtet und hat keine nachweisbare Wirkung auf die zelluläre oder mitochondriale Funktion oder Fitness.

Biosensoren wie mtHyPer7 sind entscheidend für die Untersuchung der mitochondrialen Funktion in subzellulärer Auflösung, für die Suche nach Mechanismen, die der mitochondrialen Qualitätskontrolle zugrunde liegen, und für die Untersuchung, wie sich dieser Prozess auf die Zellfitness, die Ernährung und die Lebensdauer auswirkt. Die mtHyPer7-Färbung bietet im Gegensatz zu organischen Farbstoffen, die für den Nachweis reaktiver Sauerstoffspezies verwendet werden, eine konsistente Arbeit. Im Vergleich zu FRET-basierten Sensoren ist mtHyPer7 kompakter und vermeidet Probleme wie Quererregung und Durchbluten sowie die präzise Positionierung und die Orientierungsanforderungen für FRET.