Name: High-Throughput Image-Based Quantification of Mitochondrial DNA Synthesis and Distribution (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-05-05T14:55:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about High-Throughput Image-Based Quantification of Mitochondrial DNA Synthesis and Distribution at JoVE.com

Detta arbete stöddes av National Science Centre, Polen (bidrag/tilldelningsnummer: 2018/31/D/NZ2/03901).

1. Framställning av siRNA-blandningen
<ol><li>En dag före experimentets början, fröceller (t.ex. HeLa) på en 100 mm skål så att de når 70% -90% sammanflöde nästa dag. Anmärkning: Alla operationer måste utföras under sterila förhållanden i en laminär flödeskammare.</li>
	<li>Bered lämplig mängd siRNA utspätt till en koncentration av 140 nM i Opti-MEM-medium (se materialtabell). En 96-brunnsplatta kan användas som reservoar.</li>
	<li>Tillsätt 5 μL av siRNA-lös...

High-Throughput Quantification of the Synthesis and Distribution of mtDNA

<ol>
	<li>Brown, G. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+respiration+and+ATP+synthesis+in+mammalian+mitochondria+and+cells.">Control of respiration and ATP synthesis in mammalian mitochondria and cells.</a> The Biochemical Journal. 284, 1-13 (1992).</li><li>Zhang, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biochemical+basis+and+metabolic+interplay+of+redox+regulation).">Biochemical basis and metabolic interplay of redox regulation).</a> Redox Biology. 26, 101284 (2019).</li><li>Pizzo, P., Drago, I., Filadi, R., Pozzan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+Ca2++homeostasis:+Mechanism,+role,+and+tissue+specificities.">Mitochondrial Ca2+ homeostasis: Mechanism, role, and tissue specificities.</a> Pflugers Archiv: European Journal of Physiology. 464 (1), 3-17 (2012).</li><li>Shadel, G. S., Horvath, T. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+ROS+signaling+in+organismal+homeostasis.">Mitochondrial ROS signaling in organismal homeostasis.</a> Cell. 163 (3), 560-569 (2015).</li><li>Mart&#237;nez-Reyes, I., Chandel, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+TCA+cycle+metabolites+control+physiology+and+disease.">Mitochondrial TCA cycle metabolites control physiology and disease.</a> Nature Communications. 11 (1), 102 (2020).</li><li>Galluzzi, L., Kepp, O., Trojel-Hansen, C., Kroemer, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+control+of+cellular+life,+stress,+and+death.">Mitochondrial control of cellular life, stress, and death.</a> Circulation Research. 111 (9), 1198-1207 (2012).</li><li>Rone, M. B., Fan, J., Papadopoulos, V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cholesterol+transport+in+steroid+biosynthesis:+role+of+protein-protein+interactions+and+implications+in+disease+states.">Cholesterol transport in steroid biosynthesis: role of protein-protein interactions and implications in disease states.</a> Biochimica Et Biophysica Acta. 1791 (7), 646-658 (2009).</li><li>Swenson, S. A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=From+synthesis+to+utilization:+The+ins+and+outs+of+mitochondrial+heme.">From synthesis to utilization: The ins and outs of mitochondrial heme.</a> Cells. 9 (3), 579 (2020).</li><li>West, A. P., Shadel, G. S., Ghosh, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondria+in+innate+immune+responses.">Mitochondria in innate immune responses.</a> Nature Reviews. Immunology. 11 (6), 389-402 (2011).</li><li>Nunnari, J., Suomalainen, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondria:+In+sickness+and+in+health.">Mitochondria: In sickness and in health.</a> Cell. 148 (6), 1145-1159 (2012).</li><li>Pohjoism&#228;ki, J. L. O., Goffart, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Of+circles,+forks+and+humanity:+Topological+organisation+and+replication+of+mammalian+mitochondrial+DNA.">Of circles, forks and humanity: Topological organisation and replication of mammalian mitochondrial DNA.</a> BioEssays. 33 (4), 290-299 (2011).</li><li>Gustafsson, C. M., Falkenberg, M., Larsson, N. -. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Maintenance+and+expression+of+mammalian+mitochondrial+DNA.">Maintenance and expression of mammalian mitochondrial DNA.</a> Annual Review of Biochemistry. 85, 133-160 (2016).</li><li>Nicholls, T. J., Gustafsson, C. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Separating+and+segregating+the+human+mitochondrial+genome.">Separating and segregating the human mitochondrial genome.</a> Trends in Biochemical Sciences. 43 (11), 869-881 (2018).</li><li>Gratzner, H. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monoclonal+antibody+to+5-bromo-+and+5-iododeoxyuridine:+A+new+reagent+for+detection+of+DNA+replication.">Monoclonal antibody to 5-bromo- and 5-iododeoxyuridine: A new reagent for detection of DNA replication.</a> Science. 218 (4571), 474-475 (1982).</li><li>Stirling, D. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=CellProfiler+4:+Improvements+in+speed,+utility+and+usability.">CellProfiler 4: Improvements in speed, utility and usability.</a> BMC Bioinformatics. 22 (1), 433 (2021).</li><li>R Core Team. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=R:+A+Language+and+Environment+for+Statistical+Computing.">R: A Language and Environment for Statistical Computing.</a> R Foundation for Statistical Computing. , (2021).</li><li>. dplyr: A Grammar of Data Manipulation Available from: <a target="_blank" href="https://CRAN.R-project.org/package=dplyr">https://CRAN.R-project.org/package=dplyr</a> (2021)</li><li>. data.table: Extension of `data.frame Available from: <a target="_blank" href="https://CRAN.R-project.org/package=data.table">https://CRAN.R-project.org/package=data.table</a> (2020)</li><li>. ggplot2: Elegant graphics for data analysis Available from: <a target="_blank" href="https://ggplot2.tidyverse.org">https://ggplot2.tidyverse.org</a> (2016)</li><li>. ggpubr: &amp;#34;ggplot2&amp;#34; based publication ready plots Available from: <a target="_blank" href="https://CRAN.R-project.org/package=ggpubr">https://CRAN.R-project.org/package=ggpubr</a> (2020)</li><li>Hashiguchi, K., Zhang-Akiyama, Q. -. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Establishment+of+human+cell+lines+lacking+mitochondrial+DNA.">Establishment of human cell lines lacking mitochondrial DNA.</a> Methods in Molecular Biology. 554, 383-391 (2009).</li><li>Piechota, J., Szczesny, R., Wolanin, K., Chlebowski, A., Bartnik, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Nuclear+and+mitochondrial+genome+responses+in+HeLa+cells+treated+with+inhibitors+of+mitochondrial+DNA+expression.">Nuclear and mitochondrial genome responses in HeLa cells treated with inhibitors of mitochondrial DNA expression.</a> Acta Biochimica Polonica. 53 (3), 485-495 (2006).</li><li>Spelbrink, J. N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Human+mitochondrial+DNA+deletions+associated+with+mutations+in+the+gene+encoding+Twinkle,+a+phage+T7+gene+4-like+protein+localized+in+mitochondria.">Human mitochondrial DNA deletions associated with mutations in the gene encoding Twinkle, a phage T7 gene 4-like protein localized in mitochondria.</a> Nature Genetics. 28 (3), 223-231 (2001).</li><li>Campbell, C. T., Kolesar, J. E., Kaufman, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+transcription+factor+A+regulates+mitochondrial+transcription+initiation,+DNA+packaging,+and+genome+copy+number.">Mitochondrial transcription factor A regulates mitochondrial transcription initiation, DNA packaging, and genome copy number.</a> Biochimica et Biophysica Acta. 1819 (9-10), 921-929 (2012).</li><li>Krasich, R., Copeland, W. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=DNA+polymerases+in+the+mitochondria:+A+critical+review+of+the+evidence.">DNA polymerases in the mitochondria: A critical review of the evidence.</a> Frontiers in Bioscience. 22 (4), 692-709 (2017).</li><li>Kotrys, A. V., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+proteomics+revealed+C6orf203/MTRES1+as+a+factor+preventing+stress-induced+transcription+deficiency+in+human+mitochondria.">Quantitative proteomics revealed C6orf203/MTRES1 as a factor preventing stress-induced transcription deficiency in human mitochondria.</a> Nucleic Acids Research. 47 (14), 7502-7517 (2019).</li><li>Gratzner, H. G., Pollack, A., Ingram, D. J., Leif, R. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Deoxyribonucleic+acid+replication+in+single+cells+and+chromosomes+by+immunologic+techniques.">Deoxyribonucleic acid replication in single cells and chromosomes by immunologic techniques.</a> Journal of Histochemistry &amp; Cytochemistry. 24 (1), 34-39 (1976).</li><li>Leif, R. C., Stein, J. H., Zucker, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+short+history+of+the+initial+application+of+anti-5-BrdU+to+the+detection+and+measurement+of+S+phase.">A short history of the initial application of anti-5-BrdU to the detection and measurement of S phase.</a> Cytometry. Part A: The Journal of the International Society for Analytical Cytology. 58 (1), 45-52 (2004).</li><li>Lentz, S. I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+DNA+(mtDNA)+biogenesis:+visualization+and+duel+incorporation+of+BrdU+and+EdU+into+newly+synthesized+mtDNA+in+vitro.">Mitochondrial DNA (mtDNA) biogenesis: visualization and duel incorporation of BrdU and EdU into newly synthesized mtDNA in vitro.</a> The Journal of Histochemistry and Cytochemistry. 58 (2), 207-218 (2010).</li><li>Liu, Y., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Multi-omic+measurements+of+heterogeneity+in+HeLa+cells+across+laboratories.">Multi-omic measurements of heterogeneity in HeLa cells across laboratories.</a> Nature Biotechnology. 37 (3), 314-322 (2019).</li></ol>

Historiskt sett har DNA-märkning genom BrdU-inkorporering och antikroppsdetektion använts i kärn-DNA-replikation och cellcykelforskning 14,27,28. Hittills har alla protokoll för att detektera BrdU-märkt DNA inkluderat ett DNA-denatureringssteg (surt eller termiskt) eller enzymnedbrytning (DNas eller proteinas) för att möjliggöra epitopexponering och underlätta antikroppspenetration. Dessa protokoll utvecklades för tät...

För de flesta eukaryota celler är mitokondrier viktiga organeller, eftersom de spelar en avgörande roll i många cellulära processer. Först och främst är mitokondrier de viktigaste energileverantörerna av celler1. Mitokondrier är också involverade i reglering av cellulär homeostas (till exempel intracellulär redox2 och kalciumbalansen3), cellsignalering 4,5, apoptos6, syntesen av olika biokemiska föreningar 7,8 och det medfödda immunsvaret9. Mitokondriell dysfunktion är förknippad med olika patologiska tillstånd och mänskliga sjukdomar10.
Mitokondriernas funktion beror på den genetiska informationen som finns i två separata genomer: kärn- och mitokondriella genomer. Det mitokondriella genomet kodar för ett litet antal gener jämfört med kärngenomet, men alla mtDNA-kodade gener är väsentliga för mänskligt liv. Det mitokondriella proteinmaskineri som krävs för att upprätthålla mtDNA kodas av nDNA. De grundläggande komponenterna i mitokondriell replisom, liksom vissa mitokondriella biogenesfaktorer, har redan identifierats (granskad i tidigare forskning11,12). Mitokondriell DNA-replikation och underhållsmekanismer är dock fortfarande långt ifrån förstådda. Till skillnad från nDNA finns det mitokondriella genomet i flera kopior, vilket ger ett extra lager för att reglera mitokondriellt genuttryck. Mycket mindre är för närvarande känt om distribution och segregering av mtDNA inom organeller, i vilken utsträckning dessa processer regleras, och om de är, vilka proteiner som är involverade13. Segregationsmönstret är avgörande när celler innehåller en blandad population av vildtyp och muterat mtDNA. Deras ojämna fördelning kan leda till generering av celler med en skadlig mängd muterat mtDNA.
Hittills har de proteinfaktorer som är nödvändiga för underhåll av mtDNA identifierats huvudsakligen genom biokemiska metoder, bioinformatiska analyser eller genom sjukdomsassocierade studier. För att säkerställa en hög chans att identifiera faktorer som tidigare undgått identifiering beskrivs i detta arbete en annan strategi. Metoden är baserad på märkning av mtDNA under replikation eller reparation med 5-brom-2'-deoxiuridin (BrdU), en nukleosidanalog av tymidin. BrdU införlivas lätt i begynnande DNA-strängar under DNA-syntesen och används i allmänhet för att övervaka replikationen av kärn-DNA14. Proceduren som utvecklats här har dock optimerats för att detektera BrdU införlivad i mtDNA med hjälp av immunofluorescens av anti-BrdU-antikroppar.
Tillvägagångssättet möjliggör kvantifiering med hög genomströmning av mtDNA-syntes och distribution i humana celler odlade in vitro. En strategi med hög genomströmning är nödvändig för att genomföra tester under olika experimentella förhållanden på relativt kort tid; Därför föreslås det i protokollet att använda ett flerbrunnsformat för cellodling och automatiserad fluorescensmikroskopi för avbildning. Protokollet inkluderar transfektion av humana HeLa-celler med ett siRNA-bibliotek och efterföljande övervakning av mtDNA-replikation eller reparation med hjälp av metabolisk märkning av nyligen syntetiserat DNA med BrdU. Detta tillvägagångssätt kombineras med immunfärgning av DNA med hjälp av anti-DNA-antikroppar. Båda parametrarna analyseras med kvantitativ fluorescensmikroskopi. Dessutom visualiseras mitokondrier med ett specifikt färgämne. För att demonstrera protokollets specificitet testades BrdU-färgning på celler utan mtDNA (rho0-celler), på HeLa-celler vid nedtystning av välkända mtDNA-underhållsfaktorer och på HeLa-celler efter behandling med en mtDNA-replikationshämmare. mtDNA-nivåerna mättes också med en oberoende metod, nämligen qPCR.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>2&#8242;,3&#8242;-Dideoxycytidine (ddC)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D5782</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>384&#160; Well Cell Culture Microplates, black</td>
			<td>Greiner Bio-One</td>
			<td>#781946</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5-Bromo-2&#8242;-deoxyuridine (BrdU)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>B5002-1G</td>
			<td>Dissolve BrdU powder in water to 20 mM stock solution and aliquot. Use 20 &#181;M BrdU solution for labeling.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adhesive sealing film</td>
			<td>Nerbe Plus</td>
			<td>04-095-0060</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 488 goat anti-mouse IgG1 secondary antibody</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A-21121</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Alexa Fluor 555 goat anti-mouse IgM secondary antibody</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A-21426</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BioTek 405 LS microplate washer</td>
			<td>Agilent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin (BSA)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A4503</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cell counting chamber Thoma</td>
			<td>Heinz Herenz</td>
			<td>REF:1080339</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium (DMEM)</td>
			<td>Cytiva</td>
			<td>SH30243.01</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Modified Eagle Medium (DMEM)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>41965-062</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum (FBS)</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>10270-106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Formaldehyde solution</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>F1635</td>
			<td>Formaldehyde is toxic; please read the safety data sheet carefully.</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hoechst 33342</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>H3570</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IgG1 mouse monoclonal anti-BrdU (IIB5) primary antibody</td>
			<td>Santa Cruz Biotechnology</td>
			<td>sc-32323</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>IgM mouse monoclonal anti-DNA (AC-30-10) primary antibody</td>
			<td>Progen</td>
			<td>#61014</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LightCycler 480 System</td>
			<td>Roche</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Lipofectamine RNAiMAX Transfection Reagent</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>#13778150</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MitoTracker Deep Red FM</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>M22426</td>
			<td>Mitochondria tracking dye&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Multidrop Combi Reagent Dispenser</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Opti-MEM</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>51985-042</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Orca-R2 (C10600) CCD Camera</td>
			<td>Hamamatsu</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P0781-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phosphate buffered saline (PBS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P4417-100TAB</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PowerUp SYBR Green Master Mix</td>
			<td>Thermo Fisher Scientific</td>
			<td>A25742</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Fw B2M (reference)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>CAGGTACTCCAAAGATTCAGG&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Fw GPI (reference gene)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>GACCTTTACTACCCAGGAGA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Fw MT-ND1&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>TAGCAGAGACCAACCGAACC&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Fw POLG</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>TGGAAGGCAGGCATGGTCAAACC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Fw TFAM</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>GATGAGTTCTGCCTGCTTTAT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Fw TWNK</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>GCCATGTGACACTGGTCATT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Rev B2M (reference)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>GTCAACTTCAATGTCGGATGG&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Rev GPI (reference gene)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>AGTAGACAGGGCAACAAAGT</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Rev MT-ND1&#160;</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>ATGAAGAATAGGGCGAAGGG&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Rev POLG</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>GGAGTCAGAACACCTGGCTTTGG</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Rev TFAM</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>GGACTTCTGCCAGCATAATA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>qPCR primer Rev TWNK</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>AACATTGTCTGCTTCCTGGC</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ScanR microscope</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>siRNA Ctrl</td>
			<td>Dharmacon</td>
			<td>D-001810-10-5</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>siRNA POLG</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>POLGHSS108223</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>siRNA TFAM</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>TFAMHSS144252</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>siRNA TWNK</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>C10orf2HSS125597</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suction device</td>
			<td>NeoLab</td>
			<td>2-9335</td>
			<td>Suction device for cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Triton X-100</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>T9284-500ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Trypsin</td>
			<td>Biowest</td>
			<td>L0931-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UPlanSApo 20x 0.75 NA objective</td>
			<td>Olympus</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

high-throughput image-based quantification of mitochondrial dna synthesis and distribution

De allra flesta cellulära processer kräver en kontinuerlig tillförsel av energi, vars vanligaste bärare är ATP-molekylen. Eukaryota celler producerar det mesta av sin ATP i mitokondrierna genom oxidativ fosforylering. Mitokondrier är unika organeller eftersom de har sitt eget genom som replikeras och överförs till nästa generation av celler. I motsats till kärngenomet finns det flera kopior av mitokondriellt genom i cellen. Den detaljerade studien av mekanismerna som är ansvariga för replikation, reparation och underhåll av mitokondriellt genom är avgörande för att förstå hur mitokondrier och hela celler fungerar korrekt under både normala och sjukdomsförhållanden. Här presenteras en metod som möjliggör kvantifiering av syntes och distribution av mitokondriellt DNA (mtDNA) i humana celler odlade in vitro . Detta tillvägagångssätt är baserat på immunofluorescensdetektion av aktivt syntetiserade DNA-molekyler märkta med 5-brom-2'-deoxiuridin (BrdU) inkorporering och samtidig detektion av alla mtDNA-molekyler med anti-DNA-antikroppar. Dessutom visualiseras mitokondrierna med specifika färgämnen eller antikroppar. Odlingen av celler i ett flerbrunnsformat och användningen av ett automatiserat fluorescensmikroskop gör det lättare att studera dynamiken i mtDNA och mitokondriernas morfologi under olika experimentella förhållanden på relativt kort tid.

High-Throughput Image-Based Quantification of Mitochondrial DNA Synthesis and Distribution

Ett schema för proceduren för high-throughput-studien av dynamiken i mtDNA-syntes och distribution visas i figur 1. Användningen av ett flerbrunnsplattformat möjliggör samtidig analys av många olika experimentella förhållanden, såsom tystning av olika gener med hjälp av ett siRNA-bibliotek. De förhållanden som används för märkning av nyligen syntetiserade DNA-molekyler med BrdU möjliggör detektion av BrdU-märkt DNA i mitokondrierna i HeLa-celler (figur ...

Watch this Scientific Journal Video about High-Throughput Image-Based Quantification of Mitochondrial DNA Synthesis and Distribution at JoVE.com

High-Throughput Image-Based Quantification of Mitochondrial DNA Synthesis and Distribution (Video) | JoVE 

En procedur för att studera dynamiken i mitokondriellt DNA (mtDNA) metabolism i celler med hjälp av ett multi-well plattformat och automatiserad immunofluorescensavbildning för att detektera och kvantifiera mtDNA-syntes och distribution beskrivs. Detta kan vidare användas för att undersöka effekterna av olika hämmare, cellulära påfrestningar och gendämpning på mtDNA-metabolism.

Bildbaserad kvantifiering av mitokondriell DNA-syntes och distribution med hög kapacitet

The vast majority of cellular processes require a continuous supply of energy, the most common carrier of which is the ATP molecule. Eukaryotic cells ...

Protokollet syftar till att identifiera proteiner med dysfunktion leder till förändringar i antalet mitokondriella DNA-molekyler. Denna forskning kan också avslöja de faktorer som involverar fördelningen av mitokondriellt DNA inom mitokondrierna. Mitokondriell replikation och underhållsmekanismer är fortfarande inte helt förstådda.Mycket mindre är känt om att reglera fördelningen av mitokondriella genom inom organoider och proteinerna som är involverade i det. Som ett resultat kommer det att vara av stor betydelse att identifiera och karakterisera några nya spelare. Den största fördelen med tekniken är dess protokoll med hög genomströmning och högt innehåll.Vi kan samtidigt testa många experimentella förhållanden och mäta olika parametrar under ett enda experiment. I genomomfattande studier ger det föreslagna protokollet en möjlighet att skissera en global bild av hur kärnkodad genetisk information reglerar sin mitokondriella motsvarighet. Dessutom har den potential att identifiera proteiner vars dysfunktion orsakar mitokondriell DNA-stress och aktiverar interferonresponsvägen.

Research

JoVE Journal