췌장 β세포에서 미토파지 플럭스를 조사하기 위한 보완적 접근법

요약

이 프로토콜은 췌장 β 세포에서 미토파지의 정량적 분석을 위한 두 가지 방법을 설명합니다: 첫 번째는 세포 투과성 미토콘드리아 특이적 염료의 조합이고, 두 번째는 유전적으로 인코딩된 미토파지 리포터입니다. 이 두 기술은 상호 보완적이며 특정 요구 사항에 따라 배포할 수 있으므로 미토콘드리아 품질 관리를 정량적으로 처리하는 데 유연성과 정밀도를 제공합니다.

초록

미토파지는 최적의 미토콘드리아 기능을 유지하는 데 필요한 품질 관리 메커니즘입니다. 기능 장애β세포 미토파지는 인슐린 분비를 불충분하게 만듭니다. 미토파지의 고급 정량적 평가는 종종 유전자 보고자의 사용을 필요로 합니다. 유세포 분석을 통해 미토파지를 정량화하기 위한 미토콘드리아 표적 pH 민감성 이중 여기 비율계량 프로브를 발현하는 mt-Keima 마우스 모델은 β 세포에서 최적화되었습니다. 산성 대 중성 mt-Keima 파장 방출의 비율은 미토파지를 강력하게 정량화하는 데 사용할 수 있습니다. 그러나 유전자 미토파지 리포터를 사용하는 것은 복잡한 유전자 마우스 모델 또는 주요 인간 섬과 같이 transfection하기 어려운 세포로 작업할 때 어려울 수 있습니다. 이 프로토콜은 MtPhagy를 사용하여 1차 섬에서 β세포 미토파지를 정량화하는 새로운 보완 염료 기반 방법을 설명합니다. MtPhagy는 미토콘드리아에 축적되어 미토콘드리아가 미토파지 중 리소좀과 같은 낮은 pH 환경에 있을 때 형광 강도를 증가시키는 pH에 민감한 세포 투과성 염료입니다. MtPhagy 염료를 β세포를 선택하는 Zn²⁺ 표지자인 Fluozin-3-AM 및 테트라메틸로다민, 에틸 에스테르(TMRE)와 결합하여 미토콘드리아 막 전위를 평가함으로써 유세포 분석을 통해 β세포에서 미토파지 플럭스를 특이적으로 정량화할 수 있습니다. 이 두 가지 접근 방식은 매우 상호 보완적이어서 수많은 β세포 모델에서 미토콘드리아 품질 관리를 평가하는 데 유연성과 정확성을 제공합니다.

서문

췌장 β세포는 대사 요구를 충족시키기 위해 인슐린을 생산하고 분비하며, β세포 기능 장애는 제1형 당뇨병과 제2형 당뇨병 모두에서 고혈당증과 당뇨병 발병의 원인이 됩니다. β-세포는 미토콘드리아 에너지 및 대사 출력을 통해 포도당 대사와 인슐린 분비를 결합하며, 이는 기능적 미토콘드리아 질량 ^1,2,3의 예비력에 의존합니다. β세포는 최적의 β세포 기능을 유지하기 위해 미토콘드리아 품질 관리 메커니즘에 의존하여 노화되거나 손상된 미토콘드리아를 제거하고 기능적인 미토콘드리아 질량을 보존합니다⁴. 선택적 미토콘드리아 자가포식(mitophagy)은 미토콘드리아 품질 관리 경로의 핵심 구성 요소입니다.

살아있는 세포의 미토파지 평가는 종종 미토파지 중에 발생하는 미토콘드리아 pH의 변화에 의존합니다. 미토콘드리아는 약알칼리성 pH를 가지고 있으며, 건강한 미토콘드리아는 일반적으로 pH 중성 세포질에 존재합니다. 미토파지(mitophagy) 동안, 손상되거나 기능장애를 일으킨 미토콘드리아는 선택적으로 자가포식체에 통합되고 결국 산성 리소좀 내에....

프로토콜

이 프로토콜에 제시된 동물 연구는 University of Michigan Institutional Animal Care and Use Committee에서 검토 및 승인했습니다. 이 연구에는 15주 일반 지방 식단(RFD) 또는 고지방 식단(HFD)을 섭취한 20주 된 수컷 C57BL/6J 마우스가 사용되었습니다.

1. 염료 기반 MtPhagy 접근법을 통한 미토파지 평가(방법 1)

1. 쥐 섬 준비 및 처리
   1. 아래 단계에 따라 섬 배양 및 valinomycin 노출을 수행합니다.
      1. 앞서 설명한 방법 ^2,10에 따라 일반 지방 식단(RFD) 또는 고지방 식단(HFD, 60kcal% 지방¹⁹) 마우스에서 섬을 분리합니다.
      2. 100 units/mL 항진균제-항생제, 50 units/mL 페니실린-스트렙토마이신, 1 mM 나트륨 피루브산, 10 mM HEPES 및 10% 소 태아 혈청(FBS)이 보충된 RPMI 배지에서 37°C에서 밤새 배양 섬 샘플을 채취합니다( 재료 표 참조). 이 ....

토론

이 프로토콜은 해리된 1차 마우스 섬에서 미토파지 플럭스를 정량화하기 위한 두 가지 보완적인 방법을 설명했습니다. mt-Keima 방법을 사용하여 미토파지의 증가는 산성(561nm)/중성(405nm) 세포의 증가된 비율로 정량화된 반면, MtPhagy 방법에서는 증가된 미토파지 플럭스가 Fluozin^highMtPhagy^높은TMRE^낮은 세포 집단의 증가로 정량화되었습니다. 이러한 방법을 사용하면 미토파지 플?.......

자료

Name	Company	Catalog Number	Comments
Antibiotic-Antimycotic	Life Technologies	15240-062
Attune NxT Flow Cytometer	Thermofisher Scientific	A24858
DAPI (4',6-Diamidino-2-Phenylindole, Dihydrochloride)	Thermofisher Scientific	D1306	DAPI reconstituted in ddH2O to reach 0.2 µg/mL stock
Dimethyl Sulfoxide	Sigma-Aldrich	317275
Fatty Acid Free heat shock BSA powder	Equitech	BAH66
Fetal bovine serum	Gemini Bio	900-108
Fluozin-3AM	Thermofisher Scientific	F24195	100 μg Fluozin-3AM powder reconstituted in 51 μL DMSO and 51 μL Pluronic F-127 to reach 1 mM stock.
Gibco RPMI 1640 Medium	Fisher Scientific	11-875-093
HEPES (1M)	Life Technologies	15630-080
MtPhagy dye	Dojindo	MT02-10	5 μg MtPhagy powder reconstituted with 50 μL DMSO to reach 100 μM stock.
MtPhagy dye	Dojindo	MT02-10
Penicillin-Streptomycin (100x)	Life Technologies	15140-122	1x Solution used in procotol by diluting 1:10 in ddH2O
Phosphate buffered saline, 10x	Fisher Scientific	BP399-20	1x Solution used in procotol by diluting 1:10 in ddH2O
Sodium Pyruvate (100x)	Life Technologies	11360-070	5 μg MtPhagy powder reconstituted with 50 μL DMSO to reach 100 μM stock.
TMRE [Tetramethylrhodamine, ethyl ester, perchlorate]	Anaspec	AS-88061	TMRE powder reconstituted in DMSO to reach 100 μM stock.
Trypsin-EDTA (0.05%), phenol red	Thermofisher Scientific	25300054
Valinomycin	Sigma	V0627	Valinomycin powder reconsituted in DMSO to reach 250 nM stock.