미토콘드리아 DNA 합성 및 분포의 고처리량 이미지 기반 정량화

요약

mtDNA 합성 및 분포를 검출하고 정량화하기 위해 다중 웰 플레이트 형식 및 자동화된 면역형광 이미징을 사용하여 세포에서 미토콘드리아 DNA(mtDNA) 대사의 역학을 연구하는 절차가 설명되어 있습니다. 이것은 mtDNA 대사에 대한 다양한 억제제, 세포 스트레스 및 유전자 침묵의 효과를 조사하는 데 추가로 사용될 수 있습니다.

초록

대부분의 세포 과정에는 지속적인 에너지 공급이 필요하며, 가장 일반적인 운반체는 ATP 분자입니다. 진핵 세포는 산화적 인산화에 의해 미토콘드리아에서 대부분의 ATP를 생산합니다. 미토콘드리아는 복제되어 차세대 세포로 전달되는 자체 게놈을 가지고 있기 때문에 독특한 세포 소기관입니다. 핵 게놈과 달리 세포에는 미토콘드리아 게놈의 여러 사본이 있습니다. 미토콘드리아 게놈의 복제, 복구 및 유지를 담당하는 메커니즘에 대한 자세한 연구는 정상 및 질병 조건 모두에서 미토콘드리아와 전체 세포의 적절한 기능을 이해하는 데 필수적입니다. 여기서, 시험관 내에서 배양된 인간 세포에서 미토콘드리아 DNA(mtDNA)의 합성 및 분포를 고처리량 정량화할 수 있는 방법이 제시된다. 이 접근법은 5-브로모-2'-데옥시유리딘(BrdU) 혼입으로 표지된 능동적으로 합성된 DNA 분자의 면역형광 검출과 항-DNA 항체가 있는 모든 mtDNA 분자의 동시 검출을 기반으로 합니다. 또한 미토콘드리아는 특정 염료 또는 항체로 시각화됩니다. 다중 웰 형식의 세포 배양과 자동 형광 현미경의 활용을 통해 비교적 짧은 시간에 다양한 실험 조건에서 mtDNA의 역학과 미토콘드리아의 형태를 더 쉽게 연구할 수 있습니다.

서문

대부분의 진핵 세포에서 미토콘드리아는 수많은 세포 과정에서 중요한 역할을 하기 때문에 필수 세포 기관입니다. 무엇보다도, 미토콘드리아는 세포의 핵심 에너지 공급원이다¹. 미토콘드리아는 또한 세포 항상성(예: 세포 내 산화환원² 및 칼슘 균형³), 세포 신호 전달^4,5, 세포자멸사⁶, 다른 생화학적 화합물의 합성 ^7,8 및 선천성 면역 반응⁹ 조절에 관여합니다. 미토콘드리아 기능 장애는 다양한 병리학 적 상태 및 인간 질병과 관련이 있습니다¹⁰.

미토콘드리아의 기능은 핵 게놈과 미토콘드리아 게놈이라는 두 개의 개별 게놈에 위치한 유전 정보에 달려 있습니다. 미토콘드리아 게놈은 핵 게놈에 비해 적은 수의 유전자를 암호화하지만 모든 mtDNA 암호화 유전자는 인간의 생명에 필수적입니다. ....

프로토콜

1. siRNA 혼합물의 제조

1. 실험 시작 하루 전, 종자 세포(예: HeLa)를 100mm 접시에 올려 다음날 70%-90% 합류에 도달하도록 합니다.
   알림: 모든 작업은 층류 챔버의 무균 조건에서 수행해야 합니다.
2. Opti-MEM 배지에서 140 nM의 농도로 희석된 siRNA를 적당량 준비한다( 재료 표 참조). 96웰 플레이트를 저장소로 사용할 수 있습니다.
3. 5μL의 siRNA 용액(또는 대조군 샘플용 Opti-MEM 배지)을 검은색 384웰 세포 배양 마이크로플레이트의 각 웰에 추가합니다.
   참고: 테스트한 siRNA 샘플의 수에 따라 전자 또는 다중 채널 피펫을 사용할 수 있습니다.
4. Opti-MEM 배지에서 적절한 양의 RNAiMAX 형질주입 시약 용액( 재료 표 참조)을 준비합니다. 배지 100μL당 RNAiMAX 1μL을 추가합니다.
5. 형질주입 시약 용액 10μL를 384웰 플레이트의 각 웰에 추가합니다. 이를 수행하는 가장 편리하고 빠른 방법은 시약 디스펜서를 사용하는 것입니다.
6. siRNA를 실온에서 30분 동안 형질주입 시약과 함께 인큐베이션합니다.

토론

역사적으로, BrdU 혼입 및 항체 검출에 의한 DNA 표지는 핵 DNA 복제 및 세포주기 연구에 사용되어왔다 14,27,28. 지금까지 BrdU 표지 DNA를 검출하기 위한 모든 프로토콜에는 에피토프 노출을 가능하게 하고 항체 침투를 촉진하기 위한 DNA 변성 단계(산성 또는 열) 또는 효소 분해(DNase 또는 proteinase)가 포함되었습니다. 이 프로토콜은 단.......

자료

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