Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Здесь мы представляем протокол, включающий митохондриальную трассировку, процедуры прямого совместного культивирования мезенхимальных стволовых клеток (МСК) и клеток пигментного эпителия сетчатки (ARPE19), а также методы наблюдения и статистического анализа образования туннельных нанотрубок (TNT) и митохондриального переноса для характеристики митохондриального обмена через TNT между МСК и клетками ARPE19.
Митохондриальный перенос является нормальным физиологическим явлением, которое широко распространено среди различных типов клеток. В исследовании на сегодняшний день наиболее важным путем для митохондриального транспорта является туннельирование нанотрубок (ТНТ). Было проведено много исследований, в которых сообщалось, что мезенхимальные стволовые клетки (МСК) могут переносить митохондрии в другие клетки с помощью тротила. Тем не менее, немногие исследования продемонстрировали феномен двунаправленного митохондриального переноса. В нашем протоколе описывается экспериментальный подход к изучению феномена митохондриального переноса между МСК и пигментными эпителиальными клетками сетчатки in vitro с помощью двух методов митохондриального отслеживания.
Мы совместно культивировали мито-GFP-трансфицированные МСК с мито-RFP-трансфицированными клетками ARPE19 (линия пигментных эпителиальных клеток сетчатки) в течение 24 ч. Затем все клетки окрашивали фаллоидином и визуализировали с помощью конфокальной микроскопии. Мы наблюдали митохондрии с зеленой флуоресценцией в клетках ARPE19 и митохондрии с красной флуоресценцией в МСК, что указывает на двунаправленный митохондриальный перенос между МСК и клетками ARPE19. Это явление говорит о том, что митохондриальный транспорт является нормальным физиологическим явлением, которое также происходит между МСК и клетками ARPE19, а перенос митохондрий от МСК к клеткам ARPE19 происходит гораздо чаще, чем наоборот. Наши результаты указывают на то, что МСК могут переносить митохондрии в пигментный эпителий сетчатки, а также предсказывают, что МСК могут реализовать свой терапевтический потенциал через митохондриальный транспорт в пигментном эпителии сетчатки в будущем. Кроме того, перенос митохондрий от клеток ARPE19 к МСК еще предстоит дополнительно изучить.
Митохондрии служат основным источником энергии для большинства типов клеток, при этом митохондриальная дисфункция особенно влияет на ткани с высокими требованиями к энергии, такие как сетчатка1. Метаболические изменения в сетчатке могут вызвать биоэнергетический кризис, в конечном итоге приводящий к гибели фоторецепторов и/или клеток РПЭ2. Методы лечения на основе мезенхимальных стволовых клеток (МСК) продемонстрировали эффективность в лечении дегенерации глаз, и одним из точных механизмов, лежащих в основе благотворного воздействия МСК на ткани сетчатки, может быть отнесен к функциональному митохондриальному переносу 3,4,5,6. В 2004 году Rustom et al. впервые сообщили о феномене митохондриального переноса через новое межклеточное взаимодействие, облегчаемое туннельными нанотрубками (TNT)7.
В 2D-культуре туннельные нанотрубки (ТНТ) идентифицируются по их тонким (20-700 нм) мембранным выступам длиной от десятков до сотен нанометров, которые подвешены над подложкой и могут непосредственно устанавливать связи между двумя или более гомотипическими и гетеротипическими клетками. Эти структуры значительно обогащены F-актином и облегчают транспортировку грузов, таких как митохондрии, между клетками. Кроме того, тротилы обладают отверстиями на обоих концах, что обеспечивает непрерывность цитоплазматического содержимого между взаимосвязаннымиклетками8.
Трудно обнаружить TNT-опосредованный митохондриальный перенос in vivo из-за плотного клеточного расположения и проблем с отслеживанием митохондрий. Эксперименты in vitro с использованием методов кокультивирования клеток и митохондриального отслеживания позволяют наблюдать за образованием тротила и переносом митохондрий 8,9. Мы также наблюдали феномен TNT-опосредованного митохондриального переноса путем совместного культивирования МСК и клеток пигментного эпителия сетчатки in vitro10.
Во многих предыдущих исследованиях наблюдался только однонаправленный перенос митохондрий от МСК к другим клеткам 3,4,5,6. Ранее мы также пытались проанализировать двунаправленный митохондриальный перенос с использованием двух видов клеток, помеченных зеленым и красным мито-трекером соответственно, но перекрестные помехи красителей мешали экспериментальным результатам. Для более точного изучения митохондриального двунаправленного переноса мы сконструировали две клеточные линии с разной митохондриальной флуоресценцией с помощью техники лентивирусной трансфекции, а затем наблюдали и анализировали явления образования тротила и двунаправленного митохондриального переноса путем прямого совместного культивирования in vitro.
Вкратце, здесь описан пошаговый и действенный протокол, позволяющий отслеживать митохондрии, совместно культивировать МСК с клетками ARPE19, а также анализировать образование тротила и перенос митохондрий. Результаты этого эксперимента продемонстрировали TNT-опосредованный двунаправленный митохондриальный перенос, что не только доказало, что митохондриальный транспорт является распространенным физиологическим явлением, но и показало потенциальную терапевтическую способность МСК к клеткам сетчатки.
1. Генерация клеточных линий MSC-mito-GFP и ARPE19-mito-RFP
2. Прямая кокультура клеток МСК и ARPE19
ПРИМЕЧАНИЕ: В этой системе совместного культивирования клетки MSC-mito-GFP будут служить донорскими клетками, в то время как клетки ARPE19-mito-RFP будут функционировать как клетки-реципиенты. Чтобы различить донорские и реципиентные клетки, мы проследили клетки реципиента.
3. Непрямая кокультура клеток МСК и ARPE19 в трансвелл-системе
4. Окрашивание цитоскелета
ПРИМЕЧАНИЕ: Беречь от света на протяжении всего эксперимента.
5. Конфокальная визуализация
ПРИМЕЧАНИЕ: Конфокальная визуализация выполняется в соответствии с руководством по эксплуатации и может различаться в зависимости от микроскопа. Здесь мы приведем лишь некоторые из ключевых шагов.
6. Анализ данных
Принципиальная диаграмма, иллюстрирующая прямую кокультуру мезенхимальных стволовых клеток (МСК) и клеток ARPE19, изображена на рисунке 1. МСК, сконструированные для экспрессии mito-GFP, в качестве донорских клеток и клеток ARPE19-mito-RFP с цитоплазматическими ме?...
Многочисленные исследования показали, что феномен тротил-опосредованного митохондриального переноса является преобладающим физиологическим процессом в различных типах клеток тканей 10,11,12,13. Фун?...
Авторы заявляют, что у них нет противоречащих друг другу интересов.
Мы благодарим компанию Guangzhou CSR Biotech Co. Ltd за визуализацию с помощью коммерческого микроскопа со сверхвысоким разрешением (HIS-SIM), сбор данных, реконструкцию изображений SR, анализ и обсуждение. Эта работа частично поддержана Национальным фондом естественных наук Китая (82125007,92368206) и Пекинским фондом естественных наук (Z200014).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
0.25% Trypsin-EDTA | Gibco | 25200-056 | |
4% paraformaldehyde | Solarbio | P1110 | |
6-well plate | NEST | 703001 | |
15 mL centrifuge tube | BD Falcon | 352097 | |
24-well plate | NEST | 702001 | |
ARPE19 cells | ATCC | CRL-2302 | Cell lines |
Bovine serum albumin (BSA) | Beyotime | ST025 | |
CellTrace violet | Invitrogen | C34557 | |
Cover slide | NEST | 801007 | |
DMSO | sigma | D2650 | |
DPBS | Gibco | C141905005BT | |
DMEM/F-12-GlutaMAX | Gibco | 10565-042 | |
Fetal Bovine Serum (FBS) | VivaCell | C04002-500 | |
FluorSave Reagent | Millipore | 345789 | |
MSCs | Nuwacell | RC02003 | Cell lines |
ncMission | Shownin | RP02010 | |
Pen Strep | Gibco | 15140-122 | |
pCT-Mito-GFP | SBI | CYTO102-PA-1 | Plasmid; From https://www.systembio.com/mitochondria-cyto-tracer-pct-mito-gfp-cmv |
Puromycin | MCE | HY-B1743A | |
Pipette | Axygen | TF-1000-R-S | |
Phalloidin | Invitrogen | A22287 | |
Triton X-100 | Solarbio | T8200 | |
Transwell plate | Corning | 3470 |
Запросить разрешение на использование текста или рисунков этого JoVE статьи
Запросить разрешениеThis article has been published
Video Coming Soon
Авторские права © 2025 MyJoVE Corporation. Все права защищены