É necessária uma assinatura da JoVE para visualizar este conteúdo. Faça login ou comece sua avaliação gratuita.
Method Article
Analysis of the mitochondrial structure-function relationship is required for a thorough understanding of the regulatory mechanisms of mitochondrial functionality. Specific methods for studying mitochondrial structure and function in live and fixed Drosophila ovaries are described and demonstrated in this paper.
Analysis of the mitochondrial structure-function relationship is required for a thorough understanding of the regulatory mechanisms of mitochondrial functionality. Fluorescence microscopy is an indispensable tool for the direct assessment of mitochondrial structure and function in live cells and for studying the mitochondrial structure-function relationship, which is primarily modulated by the molecules governing fission and fusion events between mitochondria. This paper describes and demonstrates specific methods for studying mitochondrial structure and function in live as well as in fixed tissue in the model organism Drosophila melanogaster. The tissue of choice here is the Drosophila ovary, which can be isolated and made amenable for ex vivo live confocal microscopy. Furthermore, the paper describes how to genetically manipulate the mitochondrial fission protein, Drp1, in Drosophila ovaries to study the involvement of Drp1-driven mitochondrial fission in modulating the mitochondrial structure-function relationship. The broad use of such methods is demonstrated in already-published as well as in novel data. The described methods can be further extended towards understanding the direct impact of nutrients and/or growth factors on the mitochondrial properties ex vivo. Given that mitochondrial dysregulation underlies the etiology of various diseases, the described innovative methods developed in a genetically tractable model organism, Drosophila, are anticipated to contribute significantly to the understanding of the mechanistic details of the mitochondrial structure-function relationship and to the development of mitochondria-directed therapeutic strategies.
As mitocôndrias são classicamente descritos como a potência celular, uma vez que eles são os principais lugares de produção de energia em células diferenciadas. Além disso, as mitocôndrias desempenham um papel crítico no metabolismo, a geração de calor, a modificação lipídica, o cálcio e homeostase redox, a orquestração de processos de sinalização de células, etc 1. As mitocôndrias desempenham também um papel activo na indução de morte celular 2, bem como na regulação do ciclo celular 3. Essa multifuncionalidade levanta as seguintes questões fundamentais: a) como mitocôndrias desempenhar todas estas funções em simultâneo e b) existem piscinas mitocondriais específicos ou subzonas que são especializados para funções distintas? Neste contexto, é importante notar que as mitocôndrias são multifuncionais dinâmica na sua forma, tamanho e estrutura dentro das células individuais e que a forma de estado estacionário de mitocôndrias pode variar entre os tipos de células. Décadas de pesquisa de vários laboratóriooratórios sugerem que a alteração da forma mitocondrial, tamanho e estrutura, chamados coletivamente de dinâmica mitocondrial, é crucial para a manutenção de várias funções mitocondriais 4,5,6. Estes resultados levantam a possibilidade de que mitocôndrias podem cumprir a sua multi-funcionalidade em virtude do seu dinamismo estrutural.
grandes esforços estão em curso para entender a relação estrutura-função mitocondrial. A dinâmica da estrutura mitocondrial é mantida principalmente pela sua capacidade de sofrer eventos de fissão e de fusão com o outro. Fissão de grandes mitocôndrias converte-os em elementos mitocondriais menores, enquanto a fusão entre duas mitocôndrias menores funde-os em um elemento mitocondrial maior 7. Além disso, a fusão de duas mitocôndrias transiente pode ocorrer para permitir a mistura do seu conteúdo. Os eventos de fissão e de fusão das membranas mitocondriais interior e exterior são cuidadosamente regulada pela especificaçãoific conjuntos de proteínas. A maquinaria do núcleo fissão é composto de proteína relacionada com dinamina 1 (Drp1), que é recrutados a partir do citosol para a mitocôndria pela sua interacção com certos bona proteínas mitocondriais fide (por exemplo, Fis1 ou Mff1), enquanto função Drp1 também pode ser regulado por outras proteínas na superfície mitocondrial 4. Embora Drp1 opera na membrana externa, as suas capacidades de fissão impacto da membrana interior assim. A orquestração da cisão das membranas mitocondriais exteriores e interiores não é bem compreendido. Por outro lado, a fusão da membrana interna é regulada no núcleo pelas actividades de OPA1, enquanto mitofusins governar a fusão da membrana externa 5. O saldo das contrariando fissão e fusão eventos de mitocôndrias ditar a forma mitocondrial steady-state em uma célula. Por exemplo, a repressão da fissão mitocondrial resultaria em fusão completa e sem oposição, enquanto que a sobre-actividade das mitocôndriasl fissão resultaria em fragmentação da mitocôndria 3.
O estudo da relação estrutura-função mitocondrial envolve principalmente duas abordagens complementares: a) análise dos fenótipos celulares e organismais após a manipulação genética de proteínas fissão / fusão mitocondrial e b) as avaliações diretas de estrutura e função mitocondrial. É digno de nota que as análises genéticas podem nem sempre revelar a funcionalidade directa da molécula no lado (neste caso, as proteínas de fissão / fusão mitocondriais), como os fenótipos podem surgir devido a efeitos secundários. Portanto, é de extrema importância para desenvolver e usar ferramentas para estudar a estrutura e função mitocondrial diretamente. Qualquer avaliação da estrutura mitocondrial envolve várias ferramentas de microscopia. Uso de microscopia de fluorescência de células vivas tem avançado muito nos estudos de dinâmica mitocondrial, uma vez que o dinamismo mitocondrial pode ser monitorado de forma qualitativa e Quantitätvamente utilizando as ferramentas e técnicas apropriadas 8 de microscopia de fluorescência. Ferramentas com base em microscopia de fluorescência foram desenvolvidos para estudar a estrutura e a função mitocondrial em tecidos vivos e fixos de Drosophila melanogaster, elucidar a importância de dinamismo mitocondrial in vivo 9. Estes e os métodos relacionados são descritos aqui, com o objectivo de estudar a estrutura e a função mitocondrial no ovário de Drosophila.
O ovário Drosophila consiste em germinativas e somáticas linhagens, que surgem a partir de suas respectivas células-tronco adultas que residem no germário 10,11. Dezesseis células germinativas sincicial (GCs) se encapsulado por células do folículo somáticas (FCS) para formar câmaras de ovos individuais que emergem fora do germário (Figura 1). Um dos 16 GCs se comprometeu a tornar-se um oócito, e os restantes 15 GCs desenvolvem em células enfermeira que suportam o crescimento da câmara de oócito, Facilitando a maturação do ovo, antes de ser colocado. A maioria dos CFs submetidos a 9 ciclos de divisões mitóticas antes de sair do ciclo celular mitótico para diferenciar terminalmente em uma camada de células epiteliais modelado que consiste de células anterior dos folículos (AFCs), células foliculares posterior (PFC), e as células do corpo principal (CBMs) . As câmaras de ovo consecutivos são ligados por células haste, que são células que são também derivados das CFs no início do desenvolvimento diferenciadas. Forma mitocondrial regulado pelo Drp1 proteína fissão mitocondrial está ativamente envolvido no processo de diferenciação durante o desenvolvimento normal da camada FC ovário Drosophila 9,12. Os métodos utilizados nestes estudos para identificar o envolvimento de Drp1 em Drosophila desenvolvimento da camada de células do folículo são descritos aqui.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
1. Preparação de Drosophila (as ferramentas necessárias estão representados na Figura 2A)
2. Dissecção de Drosophila ovários (as ferramentas necessárias estão representados na Figura 2A)
3. Preparação para microscopia de tecido vivo
NOTA: As ferramentas necessárias são representadas na Figura 2A.
4. Fluorescência perda de Fotodegradação (FLIP) Ensaio para avaliar Mitocondrial Matrix Continuidade
NOTA: a continuidade da matriz mitocondrial numa estrutura mitocondrial fundido é estabelecido após a fusão completa das membranas interna e externa mitocondriais seguintes uma progressão através dos passos intermediários. Cisão da mitocôndria podem seguir os mesmos passos, mas no sentido inverso (Figura 3A). FLIP é um método semi-quantitativo com base em microscopia de lapso de tempo que pode ser usado para avaliar a continuidade da matriz mitocondrial noestado fundido final do ex vivo mitocôndrias (as etapas 3 e 4 na Figura 3A) em vivo ovários Drosophila 9. O ensaio FLIP é realizada como uma pequena região de interesse (ROI) da mitocôndria que expressam uma molécula fluorescente na matriz mitocondrial que está Foto-descoloração em intervalos regulares (ROI FLIP na Figura 3A). Como resultado, qualquer região mitocondrial circundante que é contínua com a ROI FLIP (ROI experimental na Figura 3A) vai perder o sinal devido à permuta de moléculas na matriz mitocondrial contínua. As experiências demonstraram FLIP aqui são realizados em Drosophila transgénico expressando mitoYFP, que contém a sequência de direccionamento mitocondrial do citocromo oxidase subunidade VIII humano marcado com YFP ao alvo para a matriz mitocondrial numa forma livremente difusíveis. Uma experiência semelhante também pode ser realizada com o transgene Mito UPAEP-MITO-GFP, conforme relatado anteriormente 9. Um protocolo semelhante FLIP pode ser usado com uma sonda de alvo para o espaço inter-membrana mitocondrial para ser capaz de detectar a continuidade resulta da fusão do exterior, mas não a membranas mitocondrial interna (passo 2 na Figura 3A).
5. A coloração vivo com Fluorescente mitocondrial Corantes
NOTA: a estrutura mitocondrial em estado estável e potencial pode ser avaliada utilizando corantes que incorporam especificamente para dentro da mitocôndria em células vivas e tecidos. Ovários ao vivo de Drosophila pode ser manchado ex vivo com mitocondrial fluorescentecorantes para a visualização da mitocôndria, para avaliar as espécies de oxigénio reactivas mitocondriais (MITO-ROS) de produção, e para avaliar o potencial mitocondrial por unidade de massa. Isto pode ser conseguido por co-coloração com o corante éster mitocondrial potenciométrica tetrametilrodamina etilo (TMRE) e uma mancha mitocondrial vivo compatível representando a massa mitocondrial (ver Materiais Tabela para os corantes específicos).
6. Geração de Drp1 Null Mosaicos
NOTA: A estratégia clonal usada aqui introduz proteína fluorescente (GFP) -negative clones nulos Drp1 verdes no fundo de um, fenotipicamente fundo de tipo selvagem GFP-positiva que é heterozigoto genotipicamente para o Drp1 mutação nula 9. -Choque induzido calor alvo reconhecimento flipase-flipase (FLP-FRT) site-specific mediada mitótico recombinação cria clones homozigotos do alelo drpKG03815 funcionalmente nula. O genótipo de Drosophila carregando o mutante Drp1 é drpKG03815 FRT40A / CYO, enquanto o genótipo carregando o FLP induzida por choque térmico (hsFLP) e UbiGFP marcador clonal é hsflp; NLS-GFP ubiquitina (UbiGFP) FRT 40A / CYO. O genótipo da SEprole selecionada do cruzamento entre os genótipos acima é hsFLP / +; drpKG03815 FRT40A / UbiGFPFRT40A.
7. Co-imunocoloração para ciclina E e mitocôndrias
NOTA: Para detectar Drosophila ciclina E (dCyclinE), utilizou-se um anticorpo obtido comercialmente levantada especificamente contra dCyclinE 9 (ver Materiais Tabela). Como um marcador mitocondrial, utilizou-se um anticorpo contra o ATP-B (uma subunidade do complexo de ATP sintase mitocondrial) 9.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Os métodos descritos podem ser utilizados para estudar a estrutura e a função mitocondrial em ovários de Drosophila vivas e fixadas (Figura 2B). São fornecidos alguns exemplos de resultados previstos obtidos com os métodos descritos.
A dissecção do ovário Drosophila: Quando dissecados ainda mais, o abdómen cortadas (Figura 3B) a partir do conjunto de Dros...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Passos críticos dentro do Protocolo
Fotodegradação: Prevenção de fotodegradação indevida de amostras fluorescentes é absolutamente necessário para a realização de microscopia confocal eficiente. Portanto, o tempo usado para localizar amostras através da ocular ou para definir os parâmetros de aquisição de imagem através do modo de varredura ao vivo deve ser minimizado para minimizar a fotodegradação.
O dano tecidual: Uma ...
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
The authors have no competing financial interests.
We acknowledge Leena Patel and Diamond Woodard for helping in the Drosophila medium preparation and Dr. Igor Chesnokov for providing access to the camera-attached stereomicroscope.
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Grace's Media (Insect Dissecting Medium) | Fisher Scientific | 30611031-2 | |
41 Paraformaldehyde AQ | Electronic Microscopy Sciences | 50-259-99 | |
Mitotracker Green (overall mitochondrial stain) | Life Technologies | m7514 | Reconstitute and Aliquot |
Tetramethylrhodamine ethyl ester perchlorate | Sigma Aldrich | 87917-25MG | Reconstitute and Aliquot |
MitoSox (Mito-Ros stain) | Life Technologies | m36008 | Reconstitute and Aliquot |
PolyLysine | MP Biomedicals | ICN15017625 | |
Fly Vials | Fisher Scientific | AS-515 | |
Fly Conicals | Fisher Scientific | AS-355 | |
Fly Vial Flugs | Fisher Scientific | AS273 | |
Fly Conical Flugs | Fisher Scientific | AS 277 | |
Jazzmix Drosophila food (Drosophila food) | Fisher Scientific | AS153 | |
Bovine Serum Albumin | Sigma Aldrich | A9647-50G | |
Cyclin E Antibody (d-300) | Santa Cruz | sc- 33748 | |
ATPB antibody [3D5] - Mitochondrial Marker | AbCam | ab14730 | |
Cy3 AffiniPure Goat Anti-Mouse IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 115-165-146 | |
Cy5 AffiniPure Goat Anti-Rabbit IgG (H+L) | Jackson ImmunoResearch | 111-175-144 | |
Hoechst | Fisher Scientific | H3570 | |
VectaShield | Fisher Scientific | H100 | |
Azer Scientific EverMark Select Microscope Slides | Fisher Scientific | 22-026-252 | |
Microscope Cover Glass | Fisher Scientific | 12-542-B | |
Mat Tek Corp Glass Bottom Mircrowell Dish | Fisher Scientific | P35G-0-14-C | |
Active Dried Yeast | Fisher Scientific | ICN10140001 | |
Confocal Microscope | Carl Zeiss | LSM 700 | |
Dumont #5 Forceps | Fine Science Technologies | 11251-20 | |
Moria Nickel Plated Pin Holder | Fine Science Technologies | 26016-12 | |
Minutien Pins | Fine Science Technologies | 26002-15 | |
MYFP ( w[*]; P{w[+mC]=sqh-EYFP-Mito}3 ) | Bloomington Stock Center | 7194 | |
Fly Pad | Fly stuff | 59-118 | |
Blowgun | Fly stuff | 54-104 | |
Blowgun needle | Flystuff | 54-119 | |
Dissecting Microscope | Carl Zeiss | Stemi 2000 | |
Analyses software | Carl Zeiss | Zen | |
Analyses software | Open source | Image J | |
Research Macro Zoom Microscope | Olympus | MVX10 | |
QICAM Fast 1394 Cooled Digital Camera, 12-bit, Mono | QImaging | QIC-F-M-12-C | |
QCapture Pro 5.1 | QImaging |
Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.
Solicitar permissão para reutilizar o texto ou figuras deste artigo JoVE
Solicitar PermissãoThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. Todos os direitos reservados