Quantificação baseada em imagens de alto rendimento da síntese e distribuição do DNA mitocondrial

Resumo

Um procedimento para estudar a dinâmica do metabolismo do DNA mitocondrial (mtDNA) em células usando um formato de placa multi-poço e imagens automatizadas de imunofluorescência para detectar e quantificar a síntese e distribuição do mtDNA é descrito. Isso pode ser usado para investigar os efeitos de vários inibidores, estresses celulares e silenciamento gênico no metabolismo do mtDNA.

Resumo

A grande maioria dos processos celulares requer um fornecimento contínuo de energia, cujo portador mais comum é a molécula de ATP. As células eucarióticas produzem a maior parte de seu ATP nas mitocôndrias por fosforilação oxidativa. As mitocôndrias são organelas únicas porque têm seu próprio genoma que é replicado e transmitido para a próxima geração de células. Em contraste com o genoma nuclear, existem múltiplas cópias do genoma mitocondrial na célula. O estudo detalhado dos mecanismos responsáveis pela replicação, reparo e manutenção do genoma mitocondrial é essencial para a compreensão do bom funcionamento das mitocôndrias e das células inteiras em condições normais e de doença. Aqui, um método que permite a quantificação em alto rendimento da síntese e distribuição de DNA mitocondrial (mtDNA) em células humanas cultivadas in vitro é apresentado. Esta abordagem é baseada na detecção por imunofluorescência de moléculas de DNA ativamente sintetizadas marcadas pela incorporação de 5-bromo-2'-desoxiuridina (BrdU) e na detecção concomitante de todas as moléculas de mtDNA com anticorpos anti-DNA. Além disso, as mitocôndrias são visualizadas com corantes ou anticorpos específicos. O cultivo de células em formato multipoço e o uso de um microscópio automatizado de fluorescência facilitam o estudo da dinâmica do mtDNA e da morfologia das mitocôndrias sob uma variedade de condições experimentais em um tempo relativamente curto.

Introdução

Para a maioria das células eucarióticas, as mitocôndrias são organelas essenciais, pois desempenham um papel crucial em inúmeros processos celulares. Em primeiro lugar, as mitocôndrias são os principais fornecedores de energia das células¹. As mitocôndrias também estão envolvidas na regulação da homeostase celular (por exemplo, redox^{intracelular 2} e balanço de cálcio³), sinalização celular^4,5, apoptose⁶, síntese de diferentes compostos bioquímicos ^7,8 e resposta imune ....

Protocolo

1. Preparação da mistura de siRNA

1. Um dia antes do início do experimento, as células de sementes (por exemplo, HeLa) em uma placa de 100 mm para que atinjam 70%-90% de confluência no dia seguinte.
   NOTA: Todas as operações devem ser realizadas em condições estéreis em uma câmara de fluxo laminar.
2. Preparar a quantidade adequada de siRNA diluído a uma concentração de 140 nM em meio Opti-MEM (ver Tabela de Materiais). Uma placa de 96 poços pode ser usada como reservatório.
3. Adicionar 5 μL da solução de siRNA (ou meio Opti-MEM para as amostras de controle) a cada poço de uma microplaca preta de cultura celula....

Discussão

Historicamente, a marcação de DNA por incorporação de BrdU e detecção de anticorpos tem sido utilizada na replicação de DNA nuclear e na pesquisa do ciclo celular 14,27,28. Até agora, todos os protocolos para detecção de DNA marcado com BrdU incluíram uma etapa de desnaturação do DNA (ácida ou térmica) ou digestão enzimática (DNase ou proteinase) para permitir a exposição de epítopos e facilitar a penetraç?.......

Materiais

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