Bu içeriği görüntülemek için JoVE aboneliği gereklidir. Oturum açın veya ücretsiz deneme sürümünü başlatın.
Bu protokol, mitokondri hedefli genetik olarak kodlanmış voltaj göstergelerinin (GEVI'ler) uygulamasını açıklar. Bu GEVI'ler, mitokondriyal membran potansiyelinin spesifik, in vivo ve gerçek zamanlı olarak izlenmesini sağlayarak geleneksel mitokondriyal membran potansiyel boyalarına göre önemli bir avantaj sunar.
Mitokondriyal membran potansiyeli (MMP, ΔΨm), ATP sentezi, iyon taşınması, reaktif oksijen türleri (ROS) üretimi ve çekirdek tarafından kodlanan proteinlerin içe aktarılması dahil olmak üzere mitokondriyal fonksiyonlar için kritik öneme sahiptir. ΔΨm'yi ölçmek için mevcut yöntemler tipik olarak Rhodamine 800 ve tetrametilrodamin metil ester (TMRM) gibi lipofilik katyon boyaları kullanır, ancak bunlar düşük özgüllük ile sınırlıdır ve in vivo uygulamalar için pek uygun değildir. Bu sınırlamaları ele almak için, genetik olarak kodlanmış voltaj göstergelerini (GEVI'ler) kullanan yeni bir protokol geliştirdik. Membran potansiyel değişikliklerine yanıt olarak floresan sinyaller üreten genetik olarak kodlanmış voltaj göstergeleri (GEVI'ler), plazma membranı ve nöronal potansiyelleri izlemek için önemli bir potansiyel göstermiştir. Bununla birlikte, mitokondriyal zarlara uygulamaları keşfedilmemiştir. Burada, hücrelerdeki ve canlı hayvanların motor korteksindeki ΔΨm dalgalanmalarını tespit edebilen protein bazlı mitokondriyal hedefli GEVI'ler geliştirdik. Mitokondriyal potansiyel göstergesi (MPI), hem normal hem de patolojik koşullar altında mitokondriyal fonksiyonu araştırmak için bir yöntem sağlayarak, ΔΨm dinamiklerini gerçek zamanlı olarak incelemek için invaziv olmayan bir yaklaşım sunar.
Mitokondri, ökaryotik hücrelerde temel organellerdir ve adenozin trifosfat (ATP) üretimi yoluyla birincil enerji tedarikçileri olarak hizmet ederken aynı zamanda metabolit sentezi, kalsiyum iyonları tamponlama, ısı üretimi ve hücre sağkalımının düzenlenmesi gibi çeşitli diğer önemli işlevleri yerine getirir1. Rolleri, hücresel homeostazın korunmasına yardımcı oldukları beyin ve kalp gibi yüksek metabolik dokularda özellikle kritiktir. Mitokondriyal membran potansiyeli (MMP, Ψm), oksidatif fosforilasyon yoluyla ATP sentezini yönlendirmek, metabolitlerin ve iyonların mitokondriyal membranlar boyunca taşınmasını kolaylaştırmak ve reaktif oksijen türlerinin (ROS) oluşumuna katkıda bulunmak dahil olmak üzere bu süreçlerin merkezinde yer alır2,3. MMP ayrıca mitofaji (mitokondrinin seçici bozunması)5ve apoptoz (programlanmış hücre ölümü)6 dahil olmak üzere mitokondriyal morfolojiyi ve dinamikleri4 etkiler. Hücresel fonksiyon için uygun bir Ψm'nin korunmasıesastır; Düzensizliği, nörodejeneratif hastalıklar, kalp yetmezliği ve kanser dahil olmak üzere çok sayıda patoloji ile bağlantılıdır. Ψm ölçümü için mevcut yöntemler esas olarak TMRM (tetrametilrodamin metil ester), TMRE (tetrametilrodamin etil ester), Rhodamine 123, Safranin O, Rhodamine 800, DiOC6, JC-1 vb. dahil olmak üzere lipofilik katyonik boyaların kullanımına dayanıyordu.7. Bununla birlikte, bu floresan moleküllerinin çeşitli sınırlamaları vardır. Bu boyalar hücre özgüllüğünden yoksundur, söndürmeye karşı hassastır ve bazıları toksiktir. Ek olarak, zamanla yayılabilirler ve mitokondriyal ΔΨ kaybolduğunda dışarı sızarlar ve depolarize mitokondrinin zar potansiyelini gösteremezler. Ayrıca, TMRM ve TMRE gibi rodamin bazlı boyalar sıcaklığaduyarlıdır 8, bu da özellikle hücresel termojenezi içeren fizyolojik aktiviteler sırasında mitokondriyal membran voltajını ölçerken, boya floresansı üzerindeki sıcaklık etkilerinin dikkatli bir şekilde değerlendirilmesini gerektirir.
Genetik olarak kodlanmış voltaj göstergeleri (GEVI'ler), floresan sinyaller 9,10 aracılığıyla zar potansiyel değişikliklerini tespit edebilen proteinler, çeşitli hücresel bağlamlarda zar potansiyellerini izlemek için güçlü araçlar olarak ortaya çıkmıştır11. GEVI'ler plazma zarlarını incelemek için yaygın olarak uygulanmış olsa da, özellikle mitokondri için hücre içi zar potansiyellerini ölçmek için bunların uyarlanmasında çok az ilerleme kaydedilmiştir. Bu protokol, in vitro ve in vivo olarak mitokondriyal membran potansiyelini izleyebilen mitokondriyal hedefli GEVI'leri kullanarak bu boşluğu gidermeyi amaçlamaktadır. Mevcut GEVI'lere mitokondriyal sinyal dizisi ekleyerek, mitokondri12'ye uygun GEVI hedeflenebilir. Bu mitokondriyal potansiyel göstergeleri (MPI), mitokondriyal fizyolojiye yeni bakış açıları sağlayacak ve mitokondriyal dinamiklerin hem normal hem de patolojik hücresel süreçlere nasıl katkıda bulunduğuna dair anlayışımızı geliştirerek, in vivo olarak çeşitli hastalık durumlarında mitokondriyal fonksiyonu keşfetmek için önemli bir potansiyel sunacaktır.
Tüm hayvan bakımı ve deneyleri, Zhengzhou Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi yönergelerine uygun olarak gerçekleştirildi. Kullanmadan önce tüm cerrahi aletleri sterilize edin. Enfeksiyonu önlemek için aseptik teknikleri izleyin. Tüm veriler elde edildikten sonra, hayvanlara aşırı dozda inhalan anestezi kullanılarak ötenazi yapıldı ve ardından dekapitasyon yapıldı.
1. İn vitro uygulamalar
Resim 1: CMV-MPI-1'in vektörel haritası. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
2. İn vivo uygulamalar
Resim 2: AAV-hSyn-MPI-2'nin vektör haritası. Bu rakamın daha büyük bir sürümünü görüntülemek için lütfen buraya tıklayın.
CMV-MPI-1 plazmidini oluşturduktan sonra, mitokondriyi hedefleme yeteneği, boyama için mitokondriyal markör Rhodamine 800 kullanılarak Hela hücrelerinde test edildi. Kolokalizasyon deneyleri, MPI-1'in floresan sinyali ile Rhodamine 800'den gelen sinyal arasında yüksek derecede örtüşme gösterdi, bu da MPI-1'in mitokondriye başarılı bir şekilde lokalize olduğunu gösterdi (Şekil 3).
Mitokondriyal membran voltajı, dinlenme koşulları altında -120-180 mV'de tutulur ve metabolik durumdaki değişikliklerle dalgalanır. Şu anda, mitokondriyal membran potansiyelinin ölçümü elektrofizyolojik yöntemler ve floresan boya yöntemleri kullanılarak gerçekleştirilebilmektedir. Mitokondriyal yama klemplemesi, mitokondrinin izolasyonunu ve hücresel yapıların tahrip edilmesini gerektirir13. Bu yaklaşım, fizyolojik koşullardan sapan ölçüm...
Yazarların ifşa edecek hiçbir şeyi yok.
Çin Ulusal Doğa Bilimleri Vakfı'nın (NSF) desteğine teşekkür ederiz: JSK (32071137 ve 92054103) ve Zhengzhou Üniversitesi Birinci Bağlı Hastanesi JSK (ZYCXTD2023014) Bilimsel Araştırma ve İnovasyon Ekibi için Finansman.
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 |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır