Для просмотра этого контента требуется подписка на Jove Войдите в систему или начните бесплатную пробную версию.
Method Article
Этот протокол описывает применение генетически кодируемых индикаторов напряжения (GEVI), нацеленных на митохондрии. Эти GEVI имеют значительное преимущество по сравнению с традиционными красителями для создания потенциала митохондриальной мембраны, позволяя проводить специфический мониторинг потенциала митохондриальной мембраны in vivo и в режиме реального времени.
Потенциал митохондриальной мембраны (ММП, ΔΨm) имеет решающее значение для функций митохондрий, включая синтез АТФ, транспорт ионов, генерацию активных форм кислорода (АФК) и импорт белков, кодируемых ядром. Существующие методы измерения ΔΨm обычно используют липофильные катионные красители, такие как Родамин 800 и метиловый эфир тетраметилродамина (TMRM), но они ограничены низкой специфичностью и не очень хорошо подходят для применения in vivo . Чтобы устранить эти ограничения, мы разработали новый протокол, использующий генетически закодированные индикаторы напряжения (GEVI). Генетически кодируемые индикаторы напряжения (GEVI), которые генерируют флуоресцентные сигналы в ответ на изменения мембранных потенциалов, продемонстрировали значительный потенциал для мониторинга плазматических мембран и нейронных потенциалов. Тем не менее, их применение к митохондриальным мембранам остается неизученным. В этой статье мы разработали митохондриальные ГВИ на основе белков, способные обнаруживать флуктуации ΔΨm в клетках и моторной коре живых животных. Индикатор митохондриального потенциала (MPI) предлагает неинвазивный подход к изучению динамики ΔΨm в режиме реального времени, обеспечивая метод исследования функции митохондрий как в норме, так и при патологии.
Митохондрии являются важными органеллами в эукариотических клетках, служащими основными поставщиками энергии посредством производства аденозинтрифосфата (АТФ), а также выполняют множество других важных функций, таких как синтез метаболитов, буферизация ионов кальция, производство тепла и регуляциявыживаемости клеток. Их роль особенно важна в высокометаболических тканях, таких как мозг и сердце, где они помогают поддерживать клеточный гомеостаз. Потенциал митохондриальной мембраны (ММП, Ψm) играет центральную роль в этих процессах, в том числе стимулирует синтез АТФ посредством окислительного фосфорилирования, облегчает транспорт метаболитов и ионов через митохондриальные мембраны и способствует образованию активных форм кислорода (АФК)2,3. ММП также влияет на морфологиюи динамику митохондрий4, включая митофагию (избирательную деградацию митохондрий)5и апоптоз (запрограммированную гибель клеток)6. Поддержание соответствующего Ψm имеет важное значение для клеточной функции; Его дисрегуляция связана с многочисленными патологиями, включая нейродегенеративные заболевания, сердечную недостаточность и рак. Современные методы измерения Ψm были в основном основаны на использовании липофильных катионных красителей, включая TMRM (метиловый эфир тетраметилродамина), TMRE (этиловый эфир тетраметилродамина), Rhodamine 123, Safranin O, Rhodamine 800, DiOC6, JC-1 и др.7. Однако эти флуоресцентные молекулы имеют несколько ограничений. Эти красители не обладают клеточной специфичностью, поддаются гашению, а некоторые из них токсичны. Кроме того, они могут диффундировать с течением времени, и когда митохондриальная ΔΨ теряется, они вытекают, что делает их неспособными указывать на мембранный потенциал деполяризованных митохондрий. Кроме того, красители на основе родамина, такие как TMRM и TMRE, чувствительны ктемпературе8, что требует тщательного рассмотрения влияния температуры на флуоресценцию красителя, особенно при измерении напряжения митохондриальной мембраны во время физиологической активности, включающей клеточный термогенез.
Генетически кодируемые индикаторы напряжения (GEVI), белки, способные обнаруживать изменения мембранных потенциалов с помощью флуоресцентных сигналов 9,10, стали мощными инструментами для мониторинга мембранных потенциалов в различных клеточных контекстах11. В то время как GEVI широко применялись для изучения плазматических мембран, был достигнут небольшой прогресс в их адаптации для измерения потенциалов внутриклеточных мембран, особенно для митохондрий. Этот протокол направлен на устранение этого пробела за счет использования митохондриальных ГЭВИ, которые могут контролировать потенциал митохондриальной мембраны in vitro и in vivo. Добавляя митохондриальную сигнальную последовательность к существующим GEVI, соответствующие GEVI могут быть нацелены на митохондрии12. Эти показатели митохондриального потенциала (MPI) позволят по-новому взглянуть на физиологию митохондрий и предоставят значительный потенциал для изучения функции митохондрий при различных заболеваниях in vivo, улучшая наше понимание того, как митохондриальная динамика влияет как на нормальные, так и на патологические клеточные процессы.
Весь уход за животными и эксперименты проводились в соответствии с руководящими принципами Комитета по уходу за животными и их использованию Университета Чжэнчжоу. Стерилизуйте все хирургические инструменты перед использованием. Следуйте асептическим методам для предотвращения инфекции. После того, как все данные были получены, животных усыпляли с помощью передозировки ингаляционной анестезии с последующей обезглавливанием.
1. Применение in vitro
Рисунок 1: Векторная карта CMV-MPI-1. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
2. Приложения in vivo
Рисунок 2: Векторная карта AAV-hSyn-MPI-2. Пожалуйста, нажмите здесь, чтобы просмотреть увеличенную версию этого рисунка.
После создания плазмиды CMV-MPI-1 ее способность нацеливаться на митохондрии была проверена в клетках Hela с использованием митохондриального маркера Rhodamine 800 для окрашивания. Эксперименты по колокализации показали высокую степень перекрытия между сигналом флуоресценци?...
Напряжение митохондриальной мембраны поддерживается на уровне -120--180 мВ в условиях покоя и колеблется при изменении метаболического состояния. В настоящее время измерение потенциала митохондриальной мембраны может быть выполнено с помощью электрофизиологических м...
Авторам нечего раскрывать.
Мы благодарим за поддержку Национальный фонд естественных наук (NSF) Китая: JSK (32071137 и 92054103) и Финансирование группы научных исследований и инноваций Первой аффилированной больницы Университета Чжэнчжоу: JSK (ZYCXTD2023014).
Name | Company | Catalog Number | Comments |
BamHI | Thermo | FD0054 | |
Calcium chloride | Sigma | C4901 | |
CCCP | Sigma | C2759 | |
Centrifuge | eppendorf | 5430R | |
Centrifuge (cell culture) | eppendorf | 5810R | |
CO2 cell incubator | ESCO | 170L IR Sensor | |
Coverslips | Glaswarenfabrik Karl Hecht GmbH & Co.KG | 92100100030 | |
Dental adhensive resin cement | Sun medical company, LTD. | Super-Bond C&B Kit | |
D-glucose | Sigma | G7021 | |
DNA Ligation Kit Ver. 2.1 | Takara | 6022 | |
Dulbecco's modified Eagle medium | Gibco | 11965092 | |
Electric drill | RWD Instruments | 78001 | |
Fetal bovine serum | Gibco | A5670701 | |
Fiber optic cannula | RWD Instruments | R-FOC-L200C-39NA | |
Fiber photometry detector | Thinker | QAXK_FPS-TC-MC-LED | |
Fluorescence microscope | Olympus | IX83 | |
Glass pipette (for injection) | Drummond Scientific company | 3.5" Drummond # 3-000-203-G/X | |
HEK293t | ATCC | Cat# CRL-3216 | |
Hela cells | ATCC | Cat# CCL-2 | |
HEPES | Sigma | H3375 | |
Injection pump | Drummond Scientific company | 3-000-207 | |
Isoflurane | RWD Instruments | R510-22 | |
Laser scanning confocal microscope | Zeiss | LSM980 | |
MluI | Thermo | FD0564 | |
NheI | Thermo | FD0974 | |
Optical fibers | RWD Instruments | R-FC-L-N3-200-L1 | |
Paraffin oil | Sangon | B500301 | |
PCR thermal Cycler | analytik jena | Biometra Tone 96G | |
Pentobarbital sodium | Sinopharm Chemical Reagent Co.LTD | 57-33-0 | |
Potassium chloride | Sigma | P5405 | |
PrimeSTAR HS DNA Polymerase | Takara | R010A | |
Programmable micropipette puller | Sutter Instruments | P2000 | |
Quick self-curing acrylic resin | Yamahachi | V-PINK | |
Real-time PCR thermal Cycler | analytik jena | qTOWER³ auto | |
Rhodamine 800 | Sigma | 83701 | |
SalI | Thermo | FD0644 | |
Sodium chloride | Sigma | S9888 | |
Sodium phosphate dibasic | Sigma | S9763 | |
Stereotaxic apparatus | RWD Instruments | E06354 | |
Veterinary ophthalmic ointment | Puralube | NA | |
XhoI | Thermo | FD0694 |
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