Se requiere una suscripción a JoVE para ver este contenido. Inicie sesión o comience su prueba gratuita.

Resumen

Esta técnica describe un flujo de trabajo efectivo para visualizar y medir cuantitativamente el potencial de la membrana mitocondrial y los niveles de superóxido dentro de las células HeLa utilizando imágenes en vivo basadas en fluorescencia.

Resumen

Las mitocondrias son orgánulos dinámicos críticos para la homeostasis metabólica mediante el control de la producción de energía a través de la síntesis de ATP. Para apoyar el metabolismo celular, varios mecanismos de control de calidad mitocondrial cooperan para mantener una red mitocondrial saludable. Una de estas vías es la mitofagia, donde la quinasa 1 inducida por PTEN (PINK1) y la fosfoubiquitinación Parkin de las mitocondrias dañadas facilitan el secuestro de autofagosomas y la posterior eliminación de la célula a través de la fusión de lisosomas. La mitofagia es importante para la homeostasis celular, y las mutaciones en Parkin están relacionadas con la enfermedad de Parkinson (EP). Debido a estos hallazgos, ha habido un énfasis significativo en la investigación del daño mitocondrial y el recambio para comprender los mecanismos moleculares y la dinámica del control de calidad mitocondrial. Aquí, se utilizaron imágenes de células vivas para visualizar la red mitocondrial de células HeLa, para cuantificar el potencial de membrana mitocondrial y los niveles de superóxido después del tratamiento con cianuro de carbonilo m-clorofenil hidrazona (CCCP), un agente de desacoplamiento mitocondrial. Además, se expresó una mutación ligada a la PD de Parkin (ParkinT240R) que inhibe la mitofagia dependiente de Parkin para determinar cómo la expresión mutante afecta la red mitocondrial en comparación con las células que expresan Parkin de tipo salvaje. El protocolo descrito aquí describe un flujo de trabajo simple que utiliza enfoques basados en fluorescencia para cuantificar el potencial de la membrana mitocondrial y los niveles de superóxido de manera efectiva.

Introducción

La red mitocondrial es una serie de orgánulos interconectados que desempeñan un papel crucial en la producción de energía1, la inmunidad innata 2,3 y la señalización celular 4,5. La desregulación mitocondrial se ha asociado con enfermedades neurodegenerativas como la enfermedad de Parkinson (EP)6,7. La EP es un trastorno neurodegenerativo progresivo que afecta a las neuronas dopaminérgicas de la sustancia negra y que afecta a casi 10 millones de personas en todo el mundo8. La EP se ha relacionado genéticamente con la mitofagia, una vía de control de calidad mitocondrial necesaria para mantener la homeostasis celular que elimina selectivamente las mitocondrias dañadas 9,10. Los estudios han identificado múltiples vías de mitofagia independientes, incluida la mitofagia mediada por el dominio FUN14 que contiene 1 (FUNDC1), la mitofagia facilitada por la proteína 3 que interactúa con Bcl-2 (BNIP3), la mitofagia dependiente de NIX y la bien caracterizada quinasa 1 inducida por PTEN (PINK1) / mitofagia regulada por Parkin10,11. PINK1 (una quinasa putativa) y Parkin (una ubiquitina ligasa E3) trabajan en conjunto para fosfo-ubiquitinar las mitocondrias dañadas, lo que impulsa la formación de autofagosomas que engullen el orgánulo dañado y se fusionan con los lisosomas para iniciar la degradación 12,13,14,15,16. Las mutaciones en Parkin se han asociado con fenotipos ligados a la EP, como la neurodegeneración a través de la pérdida de neuronas dopaminérgicas17,18.

Aquí, se describe un protocolo en el que las células HeLa, células inmortalizadas utilizadas rutinariamente derivadas del cáncer cervical, se utilizan para investigar el papel de Parkin en el mantenimiento de la salud de la red mitocondrial. Las células HeLa expresan niveles insignificantes de Parkin endógeno y, por lo tanto, requieren expresión exógena de Parkin19. Para estudiar el papel de Parkin en la salud de la red mitocondrial, las células HeLa se transectan con Parkin de tipo salvaje (ParkinWT), un mutante Parkin (ParkinT240R) o un vector de control vacío. ParkinT240R es una mutación de parkinsonismo juvenil autosómico recesivo que afecta a la actividad de la ligasa Parkin E3, reduciendo significativamente la eficiencia de la vía de mitofagia20. Las células HeLa están sujetas a concentraciones leves (5 μM) o graves (20 μM) de cianuro de carbonilo m-clorofenil hidrazona (CCCP), un agente de desacoplamiento mitocondrial. El tratamiento con concentraciones severas de CCCP se utiliza rutinariamente para inducir mitofagia mediada por Parkin en varias líneas celulares, como las células HeLa y COS-721,22,23.

Después del tratamiento, el protocolo emplea imágenes en vivo de la red mitocondrial utilizando dos tintes fluorescentes dirigidos a mitocondriales actualmente disponibles. La tetrametilrodamina, éster etílico, perclorato (TMRE) es un colorante catiónico que emite fluorescencia en función del potencial de membrana mitocondrial24, mientras que MitoSOX es un indicador de superóxido mitocondrial donde la intensidad de fluorescencia es una función de la concentración de superóxido25. Finalmente, el protocolo descrito utiliza una cuantificación basada en fluorescencia y un flujo de trabajo simple para cuantificar de manera efectiva el potencial de membrana mitocondrial y los niveles de superóxido con un alcance mínimo para el sesgo del usuario. Aunque este protocolo fue diseñado para estudiar la función mitocondrial en células HeLa, se puede adaptar para líneas celulares adicionales y tipos de células primarias para caracterizar cuantitativamente la salud de la red mitocondrial.

Protocolo

1. Preparación de muestras biológicas

NOTA: Realice los siguientes pasos utilizando una técnica estéril en un gabinete de bioseguridad. Rocíe la superficie del gabinete y todos los materiales con etanol al 70%.

  1. Cultivo y transfección de células HeLa
    1. Cultive 30.000 células HeLa en el medio de águila modificado de Dulbecco (DMEM) que contiene 4,5 g/L de glucosa suplementado con 10% de suero bovino fetal y 1% de solución de L-glutamina (HeLa media; ver Tabla de materiales). Coloque las células en platos de imágenes con fondo de vidrio de 35 mm (ver Table of Materials) que contengan 2 ml de medios HeLa precalentados. Mantener los cultivos HeLa al 5% deCO2 y 37 °C26,27.
    2. El día después del emplatado, inspeccione los platos de imágenes de 35 mm con un microscopio óptico para asegurarse de que las células sean ~ 50% -60% confluentes. Una vez confluentes, transfecten las células HeLa con el vector vacío de proteína fluorescente amarilla (YFP), YFP-ParkinWT o YFP-ParkinT240R (Figura 1A).
    3. Prepare dos mezclas separadas en tubos de microcentrífuga estériles para cada transfección. Mezclar golpeando el tubo o pipeteando suavemente hacia arriba y hacia abajo.
      1. En el tubo 1, mezclar 200 μL de medios séricos reducidos (ver Tabla de materiales) con 2 μg de ADN plásmido.
      2. En el tubo 2, mezclar 200 μL de medio sérico reducido con 6 μL de reactivo de transfección (ver Tabla de materiales)28.
    4. Incubar los tubos durante 5 minutos a temperatura ambiente (RT). Agregue el tubo 2 al tubo 1, mezcle pipeteando hacia arriba y hacia abajo, e incube durante 20 minutos en RT.
    5. Agregue los complejos de transfección gota a gota a las placas de imágenes existentes que contienen los cultivos de células HeLa, asegurando una distribución equitativa en toda la placa. Coloque las placas de imagen en la incubadora deCO2 al 5% y 37 °C durante la noche.
      NOTA: Etiquete cada plato con el plásmido transfectado apropiado. Para cada experimento, etiquete las tres placas YFP-ParkinWT (dimetilsulfóxido [DMSO; consulte la Tabla de materiales], CCCP de 5 μM y CCCP de 20 μM). Repita el etiquetado con los tres platos YFP-ParkinT240R y los tres platos vectoriales YFP vacíos.
  2. Preparación de CCCP y colorantes fluorescentes
    PRECAUCIÓN: Los tintes fluorescentes son a menudo sensibles a la luz. Guarde los tintes en la oscuridad usando papel de aluminio o tubos centrífugos marrones para reducir la exposición a la luz.
    1. Haga un material de trabajo de 5 mM de CCCP (ver Tabla de materiales) disolviendo 5 mg de CCCP en 4.89 ml de DMSO. Haga un material de trabajo de 20 mM de CCCP disolviendo 5 mg de CCCP en 1.22 ml de DMSO.
    2. Diluir 10 μL de una solución madre de 1 mM MitoTracker Deep Red (ver Tabla de materiales) en 390 μL de DMSO para hacer un material de trabajo de 25 μM.
    3. Disuelva 50 μg de MitoSOX Red25 (consulte la Tabla de materiales) en 13 μL de DMSO para crear un material de trabajo de 5 mM.
    4. Disuelva 10 mg de TMRE24 (ver Tabla de materiales) en 19,4 ml de DMSO para hacer una solución madre de 1 mM. Diluir el TMRE añadiendo 10 μL de 1 mM TMRE en 990 μL de DMSO para formar un material de trabajo de 10 μM.

2. Tratamiento CCCP y marcaje mitocondrial con sondas fluorescentes en células HeLa

PRECAUCIÓN: Realice los siguientes pasos rápidamente para asegurarse de que las células HeLa no estén fuera de la incubadora durante un período prolongado.

  1. El día después de la transfección, añadir 2 μL de CCCP de 5 o 20 mM (concentración final: 5 μM y 20 μM, respectivamente) a cada placa experimental. Para las placas de control, añadir 2 μL de DMSO. Devolver las placas a la incubadora deCO2 al 5% y 37 °C durante 1,5 h (Figura 1A).
    NOTA: El tratamiento CCCP es por un total de 2 h. Sin embargo, las mitocondrias se marcan con sondas fluorescentes durante los últimos 30 minutos del tratamiento con PCCC.
  2. Después de 1,5 h, retire las placas de la incubadora y agregue sondas fluorescentes a las placas de imágenes. Devolver las placas a la incubadora deCO2 al 5% y 37 °C durante 30 min (Figura 1A).
    1. Experimento TMRE: Añadir 2 μL de 25 μM MitoTracker (concentración final: 25 nM) y 2 μL de 10 μM TMRE (concentración final: 10 nM).
    2. Experimento MitoSOX: Añadir 2 μL de 25 μM MitoTracker (concentración final: 25 nM) y 1 μL de 5 mM MitoSOX (concentración final: 2,5 μM).
  3. Después del tratamiento con PCCC de 2 h, prepare las células HeLa para la obtención de imágenes (Figura 1A, B).
    1. Experimento TMRE: las células HeLa están inmediatamente listas para obtener imágenes; asegurarse de que el TMRE permanezca en los medios de cultivo celular HeLa.
    2. Experimento MitoSOX: Lave las células 3 veces con 2 ml de medios HeLa precalentados para eliminar el colorante MitoSOX libre. Agregue 2 ml de medios precalentados. Las células HeLa ahora están listas para obtener imágenes.
      NOTA: Lave las células HeLa con medios HeLa frescos y precalentados que contengan la misma concentración de DMSO o CCCP que la condición experimental; no incluya MitoSOX ni MitoTracker.

3. Configuración de adquisición de imágenes de microscopio confocal

NOTA: Imagen de las células HeLa usando un microscopio confocal (ver Tabla de materiales) equipado con un objetivo de inmersión en aceite de apertura numérica (NA) de 63x/1.40 y una cámara ambiental (ver Tabla de materiales).

  1. En 1 h antes de la toma de imágenes, encienda el CO2 abriendo la válvula del tanque. Pulse el botón On para encender el controlador ambiental del microscopio. Utilice las flechas hacia arriba y hacia abajo del panel táctil para ajustar la temperatura a 37 °C y el CO de2 a 5%. Pulse Establecer cuando haya terminado.
    NOTA: Asegúrese de que las puertas de la cámara ambiental estén cerradas y espere a que las condiciones se estabilicen.
  2. Configuración del láser
    1. Encienda el láser de luz blanca (WLL) y ajuste la potencia del láser al 85% y el control de excitación a la potencia máxima. Haga clic en la pestaña Adquirir , seleccione Agregar láser y, en el cuadro de diálogo que aparece, cambie WLL a Activado. Haga clic en el botón de encendido láser e ingrese 85%. Haga clic en el botón Control de excitación y seleccione Potencia máxima en el menú desplegable (Figura 2A).
    2. Experimento TMRE: Establezca los espectros de excitación y emisión para YFP, MitoTracker y TMRE.
      1. Para YFP, ajuste el láser de excitación a 514 nm y la ventana de espectros de emisión a 524-545 nm. En la pestaña Adquirir, haga clic en el botón Agregar nueva configuración; luego, haga clic en Agregar láser y arrástrelo a la Configuración 1. Haga doble clic en la Línea de excitación e introduzca 514 como longitud de onda en el cuadro de diálogo. Haga doble clic en el detector correspondiente e introduzca 524 para el principio y 545 para la longitud de onda final.
      2. Para MitoTracker Deep Red, ajuste el láser de excitación a 641 y la ventana de espectros de emisión a 650-750 nm. En la pestaña Adquirir, haga clic en el botón Agregar láser y arrástrelo a la Configuración 1. Haga doble clic en la línea de excitación e introduzca 641 como longitud de onda en el cuadro de diálogo. Haga doble clic en el detector correspondiente e introduzca 650 para el principio y 750 para la longitud de onda final.
      3. Para TMRE, ajuste el láser de excitación a 555 nm y la ventana de espectros de emisión a 557-643 nm. En la pestaña Adquirir, haga clic en el botón Agregar nueva configuración; luego, haga clic en el botón Agregar láser y arrástrelo a la Configuración 2. Haga doble clic en la Línea de excitación e introduzca 555 como longitud de onda en el cuadro de diálogo. Haga doble clic en el detector correspondiente e introduzca 557 para el principio y 643 para la longitud de onda final.
    3. Experimento MitoSOX: Establezca los espectros de excitación y emisión para YFP, MitoTracker y MitoSOX (Figura 2B).
      1. Para YFP, ajuste el láser de excitación a 507 nm y la ventana de espectros de emisión a 517-540 nm. En la pestaña Adquirir, haga clic en el botón Agregar nueva configuración; luego, haga clic en el botón Agregar láser y arrástrelo a la Configuración 1. Haga doble clic en la Línea de excitación e introduzca 507 como longitud de onda en el cuadro de diálogo. Haga doble clic en el detector correspondiente e introduzca 517 para el principio y 540 para la longitud de onda final.
      2. Para MitoSOX, ajuste el láser de excitación a 547 nm y la ventana de espectros de emisión a 564-636 nm. En la pestaña Adquirir , haga clic en el botón Agregar nueva configuración ; luego, haga clic en el botón Agregar láser y arrástrelo a la Configuración 2. Haga doble clic en la Línea de excitación e introduzca 547 como longitud de onda en el cuadro de diálogo. Haga doble clic en el detector correspondiente e introduzca 564 para el principio y 636 para la longitud de onda final.
      3. Para MitoTracker Deep Red, ajuste el láser de excitación a 641 nm y la ventana de espectros de emisión a 652-742 nm. En la pestaña Adquirir, haga clic en el botón Agregar nueva configuración; haga clic en el botón Agregar láser y arrástrelo a la Configuración 3. Haga doble clic en la línea de excitación e introduzca 641 como longitud de onda en el cuadro de diálogo. Haga doble clic en el detector correspondiente e introduzca 652 para el principio y 742 para la longitud de onda final.
  3. Configuración de adquisición de imágenes (Figura 2C)
    1. Establezca el formato en 1.024 x 1.024, la velocidad de escaneo en 600 Hz y el promedio de línea en 3.
      1. Seleccione la pestaña Adquisición y haga clic en el botón Formato . En el menú desplegable, seleccione 1,024 x 1,024. Haz clic en el botón Velocidad y selecciona 600 en el menú desplegable. Luego, haga clic en el botón Promedio de línea y, en el menú desplegable, seleccione 3.
      2. Active el escaneo bidireccional y establezca el factor de fase y zoom en 22,61 y 1,50, respectivamente.
        1. En la pestaña Adquisición, cambie el botón Bidireccional a Activado. Haga clic en la configuración de la Fase X y configúrela en 22.61. Haga clic en la configuración de Factor de zoom y configúrela en 1.50.

4. Adquisición de imágenes

PRECAUCIÓN: El experimentador debe hacer un juicio visual para seleccionar las células basándose en la señal de fluorescencia YFP. Evite los píxeles sobresaturados, ya que pueden afectar significativamente la cuantificación de la intensidad de fluorescencia. Utilice una tabla de búsqueda de más/menos que indique la saturación de píxeles para evitar la adquisición de imágenes saturadas.

  1. Haga clic en la configuración de interés y presione Fast Live para proporcionar una vista previa en vivo de la imagen de fluorescencia.
  2. Ajuste la ganancia y la intensidad haciendo doble clic en el detector correspondiente. En el cuadro de diálogo que aparece, ajuste la ganancia con el control deslizante. Para modificar la intensidad, haga doble clic en la Línea de excitación y utilice las flechas arriba y abajo en la ventana emergente para cambiar la intensidad. Haga clic en Detener para finalizar la vista previa.
    1. Experimento TMRE: Imagen primero de la placa de control DMSO. Ajustar la ganancia y la intensidad de la señal TMRE (Ajuste 2) para que la intensidad de la red mitocondrial esté justo por debajo de la saturación; Mantenga la ganancia y la intensidad constantes para el experimento. Ajuste la ganancia y la intensidad del MitoTracker y YFP (Ajuste 1) para que la red mitocondrial sea visible pero tenue.
    2. Experimento MitoSOX: Imagen de la placa de control DMSO primero. Ajuste la ganancia y la intensidad de la señal MitoSOX (Ajuste 2) para que la fluorescencia sea visible pero tenue; Mantenga la ganancia y la intensidad constantes para el experimento. Ajuste la ganancia y la intensidad del YFP (Ajuste 1) y MitoTracker (Ajuste 3) para que la red mitocondrial sea visible pero tenue.
      NOTA: Registre la ganancia y la intensidad de TMRE y MitoSOX, ya que estos valores deben permanecer constantes durante todo el experimento. Las señales de fluorescencia de YFP y MitoTracker no se cuantifican en este protocolo. Por lo tanto, la ganancia y la intensidad se pueden ajustar para cada imagen. Es más efectivo tener los ajustes de ganancia e intensidad donde las células son fáciles de ver pero aún tenues, para garantizar que las células no estén expuestas a intensidades excesivas de láser que causen daño celular o fotoblanqueo.
  3. Una vez completados los ajustes de ganancia e intensidad, haga clic en Iniciar para adquirir una imagen. Adquirir imágenes de 20 células por condición experimental (por ejemplo, cinco imágenes con cuatro celdas por imagen; Figura 2D).

5. Cuantificación de la intensidad de fluorescencia usando ImageJ

NOTA: Los archivos de imágenes se guardan como ".lif" y son compatibles con ImageJ29. Los tipos de archivo compatibles con ImageJ se especifican en su sitio web. Puede ser necesario convertir el tipo de archivo si es incompatible.

  1. Crear y guardar una región de interés (ROI).
    1. En ImageJ, haga clic en Archivo | Nuevo | Imagen. En el cuadro de diálogo que aparece, haga clic en Aceptar.
    2. Haga clic en el botón Herramienta rectangular y dibuje una caja de 6 micras x 6 micras. Abra el administrador de ROI haciendo clic en Analizar | Herramientas | ROI Manager y espere a que aparezca un cuadro de diálogo con el ROI Manager (Figura 3A). Agregue el ROI rectangular al administrador haciendo clic en Agregar en el cuadro de diálogo del administrador. Guarde el ROI seleccionando Más, luego haga clic en el botón Guardar y OK.
  2. Mide la intensidad de la fluorescencia.
    1. En la imagen J, haga clic en Archivo y seleccione Abrir. En el cuadro de diálogo, seleccione los archivos de imágenes para el experimento y haga clic en Abrir.
    2. Espere a que aparezca la ventana Opciones de importación de bioformatos (Figura 3B). Seleccione Dividir canales y haga clic en Abrir.
      NOTA: La función de canales divididos permite que cada canal de la imagen se abra como una ventana separada. El orden de canal corresponde a la orden de adquisición.
      1. Experimentos TMRE : YFP (Ajuste 1) es el primer canal (c = 0); MitoTracker (Ajuste 1) es el segundo canal (c = 1); y TMRE (Ajuste 2) es el tercer canal (c = 2).
      2. Experimentos MitoSOX : YFP (Ajuste 1) es el primer canal (c = 0); MitoSOX (Ajuste 2) es el segundo canal (c = 1); y MitoTracker (Ajuste 3) es el tercer canal (c = 2).
    3. Ajuste el brillo seleccionando Imagen | Ajustar | Brillo (Figura 3C).
      NOTA: No pulse Establecer o Aplicar para asegurarse de que el brillo de la imagen no se altere permanentemente. Ocasionalmente, la intensidad de fluorescencia no es visible en los canales TMRE o MitoSOX. Ajuste el brillo para permitir una visualización más fácil. La alteración del brillo no afecta a los valores brutos de intensidad de fluorescencia.
    4. Haga clic en Analizar y seleccione Establecer medidas. Marque las casillas Área y Valor gris medio y haga clic en Aceptar (Figura 3D).
      NOTA: El valor gris medio es la intensidad de fluorescencia.
    5. Abra el Administrador de ROI y cargue el ROI guardado en el paso 5.1 haciendo clic en Analizar | Herramientas | Gerente de ROI. En el Administrador de ROI, haga clic en Más, luego en Abrir en la lista que aparece y seleccione el ROI guardado.
    6. Mida la intensidad de fluorescencia de cinco regiones aleatorias en una sola celda seleccionando el ROI guardado del administrador de ROI y mueva el ROI a una ubicación aleatoria dentro de una celda (Figura 3E). Mida la intensidad de fluorescencia presionando M. Repita este paso con cuatro regiones adicionales no superpuestas. Cuando aparezca un cuadro de diálogo con el área y los valores grises medios (Figura 3F), copie y pegue los valores en una hoja de cálculo para su análisis.
      1. Experimento TMRE : Seleccionar imagen (c = 2).
      2. Experimento MitoSOX : Seleccione la imagen (c = 2).
    7. Obtener los valores medios de intensidad de fluorescencia. Usando un software de hoja de cálculo (consulte la Tabla de materiales), promedie los cinco valores grises medios. Repita este proceso para cada celda.
    8. Analizar y comparar los valores grises medios de TMRE o MitoSOX en condiciones experimentales utilizando un programa de software estadístico (ver Tabla de materiales; Figura 4 y Figura 5). Presentar datos como gráficos de barras o diagramas de violín.

Resultados

En este protocolo, se utilizó la cuantificación basada en fluorescencia para medir el potencial de membrana y los niveles de superóxido de la red mitocondrial después del tratamiento con CCCP (Figura 1). Este flujo de trabajo utilizó células HeLa, una línea celular inmortalizada derivada del cáncer cervical. Las células HeLa se utilizan rutinariamente para estudiar la biología mitocondrial y son relativamente planas, lo que facilita la visualización de la red mitocondrial mediante...

Discusión

El flujo de trabajo descrito aquí se puede utilizar para cuantificar el potencial de la membrana mitocondrial y los niveles de superóxido de forma robusta y reproducible utilizando imágenes basadas en fluorescencia30. Existen importantes limitaciones técnicas a considerar al diseñar estos experimentos. Las células HeLa se transfectaron con un vector YFP vacío, YFP-ParkinWT o YFP-ParkinT240R. El vector YFP vacío se utilizó como control para confirmar que los hallazgos...

Divulgaciones

Los autores no tienen intereses contrapuestos que declarar.

Agradecimientos

Agradecemos a los miembros del laboratorio de Evans por sus comentarios reflexivos sobre este manuscrito. Este trabajo cuenta con el apoyo de Duke Whitehead Scholars, Duke Science and Technology Scholars y Howard Hughes Medical Institute (HHMI) Hanna Gray Fellowship. La Figura 1A se realizó utilizando BioRender.com.

Materiales

NameCompanyCatalog NumberComments
Chemicals, Peptides, and Recombinant Proteins
CCCP (carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone) Sigma-AldrichC2759
DMEM (1x) with 4.5 g/L glucoseGibco11-965-084
DMSO, AnhydrousThermoFisher ScientificD12345
Fetal Bovine SerumHycloneSH3007103
FuGENE 6 (Tranfection Reagent)PromegaE2691
GlutaMAX 100x (L-Glutamine Solution) Gibco 35-050-061
Hoescht 33342ThermoFisher Scientific62249
MitoSOX  Red ThermoFisher ScientificM36008
MitoTracker Deep RedThermoFisher ScientificM7514
Opti-MEM (Redued Serum media)ThermoFisher scientific31985070
Tetramethylrhodamine, Ethyl Ester, Perchlorate (TMRE) ThermoFisher ScientificT669
Experimental models: Organisms/Strains
HeLa-M (Homo sapiens)A. Peden (Cambridge Institute for Medical Research)N/A
Recombinant DNA
EYFP Empty VectorN/AN/A
YFP-Parkin T240RThis PaperGenerated by site-directed mutagenesis from YFP-Parkin
YFP-Parkin WTAddgene; PMID:19029340RRID:Addgene_23955
Software and Algorithms
Adobe IllustratorAdobe Inc.https://www.adobe.com/products/illustrator(Schindelin, 2012)
Excel (Spreadsheet Software)Microsoft Office https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/excel
ImageJhttps://imagej.net/software/fiji/
Leica Application Suite (LAS X)Leicahttps://www.leica-microsystems.com/products/microscope-software/p/leica-las-x-ls/
Microsoft ExcelMicrosoft Officehttps://www.microsoft.com/excel
Prism9 (Statistical Analysis Software)GraphPad Softwarehttps://www.graphpad.com
Other
35 mm Dish, No. 1.5 Coverslip, 20 mm Glass Diameter, UncoatedMatTekP35G-1.5-20-C
Cage Incubator (Environmental Chamber)Okolabhttps://www.oko-lab.com/cage-incubator
DMiL Inverted MicroscopeLeicaN/A
LIGHTNING Deconvolution SoftwareLeicaN/A
STELLARIS 8 confocal microscopeLeicaN/A

Referencias

  1. Spinelli, J. B., Haigis, M. C. The multifaceted contributions of mitochondria to cellular metabolism. Nature Cell Biology. 20 (7), 745-754 (2018).
  2. West, A. P., Shadel, G. S., Ghosh, S. Mitochondria in innate immune responses. Nature Reviews. Immunology. 11 (6), 389-402 (2011).
  3. Seth, R. B., Sun, L., Ea, C. K., Chen, Z. J. Identification and characterization of MAVS, a mitochondrial antiviral signaling protein that activates NF-kappaB and IRF 3. Cell. 122 (5), 669-682 (2005).
  4. Tait, S. W. G., Green, D. R. Mitochondria and cell signalling. Journal of Cell Science. 125, 807-815 (2012).
  5. Antico Arciuch, V. G., Elguero, M. E., Poderoso, J. J., Carreras, M. C. Mitochondrial regulation of cell cycle and proliferation. Antioxidants and Redox Signaling. 16 (10), 1150-1180 (2012).
  6. Grunewald, A., Kumar, K. R., Sue, C. M. New insights into the complex role of mitochondria in Parkinson's disease. Progress in Neurobiology. 177, 73-93 (2019).
  7. Borsche, M., Pereira, S. L., Klein, C., Grunewald, A. Mitochondria and Parkinson's disease: clinical, molecular, and translational aspects. Journal of Parkinson's Disease. 11 (1), 45-60 (2021).
  8. Ou, Z., et al. Global trends in the incidence, prevalence, and years lived with disability of Parkinson's disease in 204 countries/territories from 1990 to 2019. Frontiers in Public Health. 9, 776847 (2021).
  9. Martinez-Vicente, M. Neuronal mitophagy in neurodegenerative diseases. Frontiers in Molecular Neuroscience. 10, 64 (2017).
  10. Youle, R. J., Narendra, D. P. Mechanisms of mitophagy. Nature Reviews. Molecular Cell Biology. 12 (1), 9-14 (2011).
  11. Villa, E., Marchetti, S., Ricci, J. E. No Parkin zone: mitophagy without Parkin. Trends in Cell Biology. 28 (11), 882-895 (2018).
  12. Geisler, S., et al. The PINK1/Parkin-mediated mitophagy is compromised by PD-associated mutations. Autophagy. 6 (7), 871-878 (2010).
  13. Kane, L. A., et al. PINK1 phosphorylates ubiquitin to activate Parkin E3 ubiquitin ligase activity. The Journal of Cell Biology. 205 (2), 143-153 (2014).
  14. Koyano, F., et al. Ubiquitin is phosphorylated by PINK1 to activate parkin. Nature. 510 (7503), 162-166 (2014).
  15. Ordureau, A., et al. Defining roles of PARKIN and ubiquitin phosphorylation by PINK1 in mitochondrial quality control using a ubiquitin replacement strategy. Proceedings of the National Academy of Sciences. 112 (21), 6637-6642 (2015).
  16. Ordureau, A., et al. Quantitative proteomics reveal a feedforward mechanism for mitochondrial PARKIN translocation and ubiquitin chain synthesis. Molecular Cell. 56 (3), 360-375 (2014).
  17. Kitada, T., et al. Mutations in the parkin gene cause autosomal recessive juvenile parkinsonism. Nature. 392 (6676), 605-608 (1998).
  18. Valente, E. M., et al. PARK6 is a common cause of familial parkinsonism. Neurological Sciences. 23, S117-S118 (2002).
  19. Matsuda, N., et al. PINK1 stabilized by mitochondrial depolarization recruits Parkin to damaged mitochondria and activates latent Parkin for mitophagy. The Journal of Cell Biology. 189 (2), 211-221 (2010).
  20. Sriram, S. R., et al. Familial-associated mutations differentially disrupt the solubility, localization, binding and ubiquitination properties of parkin. Human Molecular Genetics. 14 (17), 2571-2586 (2005).
  21. Vives-Bauza, C., et al. PINK1-dependent recruitment of Parkin to mitochondria in mitophagy. Proceedings of the National Academy of Sciences. 107 (1), 378-383 (2010).
  22. Wong, Y. C., Holzbaur, E. L. F. Optineurin is an autophagy receptor for damaged mitochondria in parkin-mediated mitophagy that is disrupted by an ALS-linked mutation. Proceedings of the National Academy of Sciences. 111 (42), E4439-E4448 (2014).
  23. Bertolin, G., et al. Parkin maintains mitochondrial levels of the protective Parkinson's disease-related enzyme 17-beta hydroxysteroid dehydrogenase type 10. Cell Death and Differentiation. 22 (10), 1563-1576 (2015).
  24. Crowley, L. C., Christensen, M. E., Waterhouse, N. J. Measuring mitochondrial transmembrane potential by TMRE staining. Cold Spring Harbor Protocols. 2016 (12), (2016).
  25. Kuznetsov, A. V., et al. Mitochondrial ROS production under cellular stress: comparison of different detection methods. Analytical and Bioanalytical Chemistry. 400 (8), 2383-2390 (2011).
  26. Moore, A. S., Holzbaur, E. L. F. Dynamic recruitment and activation of ALS-associated TBK1 with its target optineurin are required for efficient mitophagy. Proceedings of the National Academy of Sciences. 113 (24), E3349-E3358 (2016).
  27. Evans, C. S., Holzbaur, E. L. F. Degradation of engulfed mitochondria is rate-limiting in Optineurin-mediated mitophagy in neurons. eLife. 9, e50260 (2020).
  28. Jacobsen, L. B., Calvin, S. A., Colvin, K. E., Wright, M. FuGENE 6 Transfection Reagent: the gentle power. Methods. 33 (2), 104-112 (2004).
  29. Schindelin, J., et al. Fiji: an open-source platform for biological-image analysis. Nature Methods. 9 (7), 676-682 (2012).
  30. Mitra, K., Lippincott-Schwartz, J. Analysis of mitochondrial dynamics and functions using imaging approaches. Current Protocols in Cell Biology. , 1-21 (2010).
  31. Lin, H. C., Liu, S. Y., Lai, H. S., Lai, I. R. Isolated mitochondria infusion mitigates ischemia-reperfusion injury of the liver in rats. Shock. 39 (3), 304-310 (2013).
  32. Kholmukhamedov, A., Schwartz, J. M., Lemasters, J. J. Isolated mitochondria infusion mitigates ischemia-reperfusion injury of the liver in rats: mitotracker probes and mitochondrial membrane potential. Shock. 39 (6), 543 (2013).
  33. Thorn, K. Genetically encoded fluorescent tags. Molecular Biology of the Cell. 28 (7), 848-857 (2017).
  34. Pavel, M., et al. Contact inhibition controls cell survival and proliferation via YAP/TAZ-autophagy axis. Nature Communications. 9 (1), 2961 (2018).
  35. Rossignol, R., et al. Energy substrate modulates mitochondrial structure and oxidative capacity in cancer cells. Cancer Research. 64 (3), 985-993 (2004).
  36. Schornack, P. A., Gillies, R. J. Contributions of cell metabolism and H+ diffusion to the acidic pH of tumors. Neoplasia. 5 (2), 135-145 (2003).
  37. Christensen, M. E., Jansen, E. S., Sanchez, W., Waterhouse, N. J. Flow cytometry based assays for the measurement of apoptosis-associated mitochondrial membrane depolarisation and cytochrome c release. Methods. 61 (2), 138-145 (2013).
  38. Muller, B., et al. Application of extracellular flux analysis for determining mitochondrial function in mammalian oocytes and early embryos. Scientific Reports. 9 (1), 16778 (2019).
  39. Connolly, N. M. C., et al. Guidelines on experimental methods to assess mitochondrial dysfunction in cellular models of neurodegenerative diseases. Cell Death and Differentiation. 25 (3), 542-572 (2018).
  40. Demine, S., Renard, P., Arnould, T. Mitochondrial uncoupling: a key controller of biological processes in physiology and diseases. Cells. 8 (8), 795 (2019).
  41. Narendra, D., Tanaka, A., Suen, D. F., Youle, R. J. Parkin is recruited selectively to impaired mitochondria and promotes their autophagy. The Journal of Cell Biology. 183 (5), 795-803 (2008).
  42. Kwak, S. H., Park, K. S., Lee, K. U., Lee, H. K. Mitochondrial metabolism and diabetes. Journal of Diabetes Investigation. 1 (5), 161-169 (2010).
  43. Reddy, P. H. Role of mitochondria in neurodegenerative diseases: mitochondria as a therapeutic target in Alzheimer's disease. CNS Spectrums. 14 (8), 8-13 (2009).
  44. Wang, W., Zhao, F., Ma, X., Perry, G., Zhu, X. Mitochondria dysfunction in the pathogenesis of Alzheimer's disease: recent advances. Molecular Neurodegeneration. 15 (1), 30 (2020).
  45. Baloyannis, S. J. Mitochondrial alterations in Alzheimer's disease. Journal of Alzheimer's Disease. 9 (2), 119-126 (2006).
  46. Wallace, D. C. Mitochondria and cancer. Nature Reviews. Cancer. 12 (10), 685-698 (2012).
  47. Middleton, P., Vergis, N. Mitochondrial dysfunction and liver disease: role, relevance, and potential for therapeutic modulation. Therapeutic Advances in Gastroenterology. 14, 17562848211031394 (2021).

Reimpresiones y Permisos

Solicitar permiso para reutilizar el texto o las figuras de este JoVE artículos

Solicitar permiso

This article has been published

Video Coming Soon

Utilizamos cookies para mejorar su experiencia en nuestra página web.

Al continuar usando nuestro sitio web o al hacer clic en 'Continuar', está aceptando nuestras cookies.

Saber más