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Method Article
Este protocolo informa de un método único de uso de un citómetro de flujo y múltiples anticuerpos para la evaluación simultánea de múltiples parámetros funcionales mitocondriales, incluidos los cambios en el volumen mitocondrial, las cantidades de las subunidades del complejo de la cadena respiratoria mitocondrial (MRC) y la replicación del ADN mitocondrial (ADNmt).
La disfunción mitocondrial es un contribuyente primario o secundario común a muchos tipos de neurodegeneración, y los cambios en la masa mitocondrial, los complejos de la cadena respiratoria mitocondrial (MRC) y el número de copias del ADN mitocondrial (ADNmt) a menudo aparecen en estos procesos. Los organoides del cerebro humano derivados de células madre pluripotentes inducidas por humanos (iPSC) recapitulan la disposición citoarquitectónica tridimensional (3D) del cerebro y ofrecen la posibilidad de estudiar los mecanismos de la enfermedad y seleccionar nuevas terapias en un sistema humano complejo. Aquí, informamos sobre un enfoque único basado en citometría de flujo para medir múltiples parámetros mitocondriales en organoides corticales derivados de iPSC. Este informe detalla un protocolo para la generación de organoides cerebrales corticales a partir de iPSC, la disociación unicelular de los organoides generados, la fijación, la tinción y el posterior análisis de citometría de flujo para evaluar múltiples parámetros mitocondriales. La doble tinción con anticuerpos contra la subunidad NADH del complejo MRC: Ubiquinona Oxidorreductasa Subunidad B10 (NDUFB10) o factor de transcripción mitocondrial A (TFAM) junto con el canal selectivo aniónico dependiente de voltaje 1 (VDAC 1) permite evaluar la cantidad de estas proteínas por mitocondria. Dado que la cantidad de TFAM corresponde a la cantidad de ADNmt, proporciona una estimación indirecta del número de copias de ADNmt por contenido mitocondrial. Todo este procedimiento se puede completar en un lapso de 2-3 h. Fundamentalmente, permite la cuantificación simultánea de múltiples parámetros mitocondriales, incluidos los niveles totales y específicos en relación con la masa mitocondrial.
Las mitocondrias son orgánulos celulares esenciales y el sitio principal de la producción de trifosfato de adenosina (ATP). Además de proporcionar energía a las células, las mitocondrias también participan en múltiples procesos celulares, incluida la transmisión de información celular, la diferenciación celular y la apoptosis, y tienen la capacidad de regular el crecimiento celular y el ciclo celular. Se han identificado cambios en la función mitocondrial en diversas enfermedades neurodegenerativas, como la enfermedad de Parkinson (EP)1,2, la enfermedad de Alzheimer (EA)3 y la esclerosis lateral amiotrófica (ELA)4. La disfunción mitocondrial desempeña un papel en el proceso de envejecimiento, acumulando mutaciones somáticas del ADNmt y disminuyendo la función de la cadena respiratoria5.
En la neurodegeneración se producen varios tipos de disfunción mitocondrial, y la capacidad de medir dichos cambios es extremadamente útil cuando se estudian los mecanismos de la enfermedad y se prueban posibles tratamientos. Además, el establecimiento de sistemas modelo in vitro adecuados que recapitulen la enfermedad en células cerebrales humanas es vital para comprender mejor los mecanismos de la enfermedad y desarrollar nuevas terapias. Las iPSCs de pacientes con enfermedades neurodegenerativas han sido utilizadas para generar diversas células cerebrales que manifiestan daño mitocondrial 6,7,8,9. El desarrollo de organoides cerebrales en 3D derivados de iPSCs es un paso importante en el modelado de enfermedades. Estos organoides cerebrales derivados de iPSC proporcionan complejidad y contienen los antecedentes genéticos propios del paciente, proporcionando así un modelo de enfermedad que refleja con mayor precisión la patología en el cerebro del paciente.
Si bien se han realizado algunas investigaciones sobre estudios mitocondriales utilizando organoides cerebrales derivados de iPSC 10,11,12, las técnicas convenientes y confiables para determinar múltiples parámetros funcionales mitocondriales en organoides cerebrales derivados de iPSC siguen siendo limitadas. La citometría de flujo proporciona una poderosa herramienta para medir los parámetros mitocondriales a nivel de una sola célula, como hemos demostrado anteriormente13. Este estudio proporciona un protocolo detallado para generar organoides corticales a partir de iPSC, combinado con un nuevo enfoque basado en citometría de flujo para medir simultáneamente múltiples parámetros mitocondriales, incluida la masa mitocondrial, las subunidades del complejo de la cadena respiratoria y el número de copias de ADNmt (Figura 1). Es importante destacar que, al utilizar la masa mitocondrial como denominador, estos protocolos permiten medir tanto los niveles totales como los específicos por unidad mitocondrial.
1. Diferenciación de iPSCs en organoides corticales
2. Preparación del medio Essential 8 (E8) para el cultivo de iPSC
3. Subcultivo de iPSCs
4. Formación de cuerpos embrioides (EB) e inducción neuronal
5. Generación de organoides corticales
6. Maduración y cultivo a largo plazo de organoides corticales
7. Caracterización celular por inmunocitoquímica y tinción de inmunofluorescencia
8. Disociación de organoides corticales
9. Medición por citometría de flujo de subunidades complejas MRC y TFAM en celdas fijas
10. Adquisición y análisis de citometría de flujo
La Figura 1 proporciona una representación esquemática del proceso de diferenciación y las estrategias utilizadas para el análisis citométrico de flujo. Las iPSC humanas se cultivaron en placas de 96 pocillos no adherentes para formar EB y luego se transfirieron a placas de 6 pocillos no adherentes para obtener organoides corticales completamente desarrollados. La composición celular de los organoides se validó mediante microscopía confocal tras inmu...
Se presenta un protocolo para generar organoides cerebrales corticales a partir de iPSCs humanas y para realizar el análisis citométrico de flujo de parámetros mitocondriales en células individuales aisladas de estos organoides. La composición celular de los organoides se verificó mediante microscopía confocal con tinción inmunohistoquímica para marcadores de células neuronales y gliales. Se ha demostrado que la estrategia basada en citometría de flujo que combina con anti-NDU...
Los autores no tienen nada que revelar.
Extendemos nuestro más sincero agradecimiento a Gareth John Sullivan del Instituto de Ciencias Médicas Básicas de la Universidad de Oslo, Noruega, por proporcionarnos generosamente la línea celular AG05836 (RRID:CVCL_2B58). Agradecemos amablemente al Centro de Imágenes Moleculares, Centro Central de Citometría de Flujo de la Universidad de Bergen en Noruega. Este trabajo fue financiado por la siguiente financiación: K.L fue financiado en parte por la Universidad de Bergen Meltzers Høyskolefonds (número de proyecto:103517133) y Gerda Meyer Nyquist Guldbrandson og Gerdt Meyer Nyquists legat (número de proyecto: 103816102). L.A.B contó con el apoyo del Consejo Noruego de Investigación (número de proyecto: 229652), Rakel og Otto Kr.Bruuns legat y Gerda Meyer Nyquist Guldbrandson og Gerdt Meyer Nyquists legat.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Antibodies using in flow cytometry | |||
anti-DUFB10 Alexa Fluor 405 | NOVUS biologicals | NBP2-72915AF405 | |
anti-VDAC1 Alexa Fluor 647 | Santa cruz technology | sc-390996 | |
anti-TFAM Alexa Fluor 488 | Abcam | ab198308 | |
L/D fixable near-IR dead cell stain kit | Life technologies | L10119 | |
Antibodies using in immunofluorence staining | |||
anti-Tuj1 | Abcam | ab78078 | |
anti-SOX2 | Abcam | ab97959 | |
anti-Alexa Flour 488 | Thermo Fisher Scientific | A28175 | |
anti-Alexa Flour 594 | Thermo Fisher Scientific | A-21442 | |
Commercial cells | |||
AG05836 (RRID:CVCL_2B58) | Provided by Gareth John Sullivan from the Institute of Basic Medical Sciences at the University of Oslo, Norway | ||
Essential 8 Medium (iPSC culture medium) | |||
Essential 8 Basal Medium | Thermo Fisher Scientific | A1516901 | |
Essential 8 Supplement (50x) 2% (v/v) | Thermo Fisher Scientific | A1517101 | |
Store at 4 °C and warm up to RT before use. | |||
Instruments | |||
Heracell 150i CO2 Incubators | Fisher Scientific, USA | ||
Orbital shakers - SSM1, SSL1 | Stuart Equipment, UK | ||
CCD Microscope Camera Leica DFC3000 G | Leica Microsystems, Germany | ||
Water Bath Jb Academy Basic Jba5 JBA5 Grant Instruments | Grant Instruments, USA | ||
Fluid aspiration system BVC control | Vacuubrand, Germany | ||
Leica TCS SP8 STED confocal microscope | Leica Microsystems, Germany | ||
50 mL falcon tube | Sigma-Aldrich | CLS430828 | |
BD LSR Fortessa | BD Biosciences, USA | ||
Flowjo Sampler Analysis | FlowJo LLC, USA | ||
10 mL pipette | Sigma-Aldrich | SIAL1100 | |
1, 10, 100, 1000 mL pipette | Sigma-Aldrich | ||
40 µm Cell stariner | Sigma-Aldrich | CLS431750 | |
ultra-low attachment 96-well plate | S-BIO | MS-9096UZ | |
Countess II automated cell counter | Thermo Fisher Scientific | ||
Neural differentiation medium (NDM+) | |||
DMEM/F12 | Life technologies | 11330032 | |
Neurobasal medium | Life technologies | 2110349 | |
Glutamax supplement 1% (v/v) | Life technologies | 35050 | |
N2 supplement 0.5% (v/v) | Life technologies | 17502-048 | |
B27 supplement 1% (v/v) | Life technologies | 17504-044 | |
β-Mercaptoethanol 50 µM | Sigma-aldrich | M3148 | |
BDNF 20 ng/mL | Peprotech | 450-02 | |
Ascorbic acid 200 µM | Sigma-Aldrich | A92902 | |
Store at 4° C for upto 2 weeks | |||
Neural differentiation medium minus viatmin A (NDM-) | |||
DMEM/F12 | Life technologies | 11330032 | |
Neurobasal medium | Life technologies | 2110349 | |
Glutamax supplement 1% (v/v) | Life technologies | 35050 | |
N2 supplement 0.5% (v/v) | Life technologies | 17502-048 | |
B27 supplement W/O vit. A 1% (v/v) | Life technologies | 12587010 | |
β-Mercaptoethanol 50 µM | Sigma-aldrich | M3148 | |
Store at 4° C for upto 8 days | |||
Neural Induction Medium (NIM) | |||
DMEM/F12 | Life technologies | 11330032 | |
Knockout serum replacement 15% (v/v) | Life technologies | 10828028 | |
Glutamax supplement 1% (v/v) | Life technologies | 35050 | |
β-Mercaptoethanol 100 µM | Sigma-Aldrich | M3148 | |
LDN-193189 100 nM | Stemgent/Reprocell | 04-0074 | |
SB431542 10 µM | Tocris | 1614 | |
XAV939 2 µM | Sigma-Aldrich | X3004 | |
Store at 4° C for upto 10 days | |||
Neutralisation medium | |||
IMDM | Life technologies | 21980032 | |
FBS 10% | Sigma-Aldrich | 12103C | |
Other reagents | |||
DPBS (Ca2+/Mg2+ free) | Thermo Fisher Scientific | 14190250 | |
Bovine Serum Albumin | Europa Bioproducts | EQBAH62-1000 | |
Accutase | Life technologies | A11105-01 | |
Geltrex | Life technologies | A1413302 | |
EDTA | Life technologies | 15575038 | |
Advanced DMEM / F12 | Life technologies | 12634010 | |
Neural tissue dissociation kit | Miltenyi biotec | 130-092-628 | |
Y-27632 dihydrochloride Rock Inhibitor | Biotechne Tocris | 1254 | |
Fluoromount-G™ Mounting Medium | SouthernBiotech | 0100-20 | |
PFA | Thermo Fisher Scientific | 28908 |
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