Name: Fluorescence-Based Quantification of Mitochondrial Membrane Potential and Superoxide Levels Using Live Imaging in HeLa Cells (Video) | JoVE
Uploaded: 2023-05-12T14:10:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Fluorescence-Based Quantification of Mitochondrial Membrane Potential and Superoxide Levels Using Live Imaging in HeLa Cells at JoVE.com

Evans laboratuvarı üyelerine bu makale hakkındaki düşünceli geri bildirimleri için teşekkür ederiz. Bu çalışma Duke Whitehead Scholars, Duke Science and Technology Scholars ve Howard Hughes Medical Institute (HHMI) Hanna Gray Fellowship tarafından desteklenmektedir. Şekil 1A , BioRender.com kullanılarak yapılmıştır.

1. Biyolojik numunelerin hazırlanması
NOT: Bir biyogüvenlik kabininde steril teknik kullanarak aşağıdaki adımları uygulayın. Kabinin yüzeyine ve tüm malzemelere% 70 etanol püskürtün.
<ol><li>HeLa hücre kültürü ve transfeksiyonu<ol><li>Dulbecco'nun modifiye kartal besiyerinde (DMEM) %10 fetal sığır serumu ve %1 L-glutamin çözeltisi (HeLa media; bakınız Malzeme Tablosu) ile desteklenmiş 4.5 g/L glikoz içeren 30.000 HeLa hücresi kül...

Quantification of Mitochondrial Membrane Potential and Superoxide Levels

Burada özetlenen iş akışı, floresan bazlı görüntüleme30 kullanılarak mitokondriyal membran potansiyelini ve süperoksit seviyelerini sağlam ve tekrarlanabilir bir şekilde ölçmek için kullanılabilir. Bu deneyleri tasarlarken göz önünde bulundurulması gereken önemli teknik sınırlamalar vardır. HeLa hücreleri boş bir YFP vektörü, YFP-ParkinWT veya YFP-ParkinT240R ile transfekte edildi. Boş YFP vektörü, deneysel bulguların Parkin'e özgü olduğunu...

Mitokondriyal ağ, enerji üretimi 1, doğuştan gelen bağışıklık2,3 ve hücre sinyalizasyonu 4,5'te çok önemli bir rol oynayan birbirine bağlı bir dizi organeldir. Mitokondriyal disregülasyon, Parkinson hastalığı (PD) gibi nörodejeneratif hastalıklarla ilişkilendirilmiştir6,7. PH, dünya çapında yaklaşık 10 milyon insanı etkileyen, substantia nigra'nın dopaminerjik nöronlarını etkileyen ilerleyici bir nörodejeneratif hastalıktır8. PD, genetik olarak, hasarlı mitokondri 9,10'u seçici olarak ortadan kaldıran hücresel homeostazı korumak için gerekli bir mitokondriyal kalite kontrol yolu olan mitopajiye bağlanmıştır. Çalışmalar, 1 (FUNDC1) aracılı mitopaji içeren FUN14 alanı, Bcl-2 etkileşimli protein 3 (BNIP3) kolaylaştırılmış mitopaji, NIX'e bağımlı mitofaji ve iyi karakterize edilmiş PTEN-indüklenmiş kinaz 1 (PINK1) / Parkin tarafından düzenlenen mitopaji10,11 dahil olmak üzere birçok bağımsız mitopaji yolu tanımlamıştır. PINK1 (varsayılan bir kinaz) ve Parkin (bir E3 ubikitin ligaz), fosfo-ubikitinat hasarlı mitokondri ile birlikte çalışır, bu da hasarlı organeli içine çeken otofagozomların oluşumunu yönlendirir ve 12,13,14,15,16 bozulmasını başlatmak için lizozomlarla kaynaşır. Parkin'deki mutasyonlar, dopaminerjik nöronların kaybı yoluyla nörodejenerasyon gibi PD'ye bağlı fenotiplerle ilişkilendirilmiştir17,18.
Burada, rutin olarak kullanılan HeLa hücrelerinin, rahim ağzı kanserinden türetilen ölümsüzleştirilmiş hücrelerin, Parkin'in mitokondriyal ağ sağlığını korumadaki rolünü araştırmak için kullanıldığı bir protokol açıklanmaktadır. HeLa hücreleri ihmal edilebilir seviyelerde endojen Parkin eksprese eder ve bu nedenle eksojen Parkin ekspresyonugerektirir 19. Parkin'in mitokondriyal ağ sağlığındaki rolünü incelemek için, HeLa hücreleri vahşi tip Parkin (ParkinWT), bir Parkin mutantı (ParkinT240R) veya boş bir kontrol vektörü ile transfekte edilir. ParkinT240R, Parkin E3 ligaz aktivitesini etkileyen, mitopaji yolu20'nin etkinliğini önemli ölçüde azaltan otozomal resesif geçişli bir juvenil parkinsonizm mutasyonudur. HeLa hücreleri, mitokondriyal ayrıştırıcı bir ajan olan hafif (5 μM) veya şiddetli (20 μM) karbonil siyanür m-klorofenil hidrazon (CCCP) konsantrasyonlarına maruz kalır. Şiddetli CCCP konsantrasyonları ile tedavi, HeLa ve COS-7 hücreleri21,22,23 gibi çeşitli hücre hatlarında Parkin aracılı mitopajiyi indüklemek için rutin olarak kullanılır.
Tedaviyi takiben, protokol şu anda mevcut olan iki mitokondriyal hedefli floresan boya kullanarak mitokondriyal ağın canlı görüntülemesini kullanır. Tetrametilrhodamin, etil ester, perklorat (TMRE), mitokondriyal membran potansiyeli24'e dayanan floresan katyonik bir boyadır, MitoSOX ise floresan yoğunluğunun süperoksit konsantrasyonu25'in bir fonksiyonu olduğu mitokondriyal bir süperoksit göstergesidir. Son olarak, özetlenen protokol, kullanıcı yanlılığı için minimum kapsamla mitokondriyal membran potansiyelini ve süperoksit seviyelerini etkili bir şekilde ölçmek için floresan tabanlı bir niceleme ve basit bir iş akışı kullanır. Bu protokol, HeLa hücrelerinde mitokondriyal fonksiyonu incelemek için tasarlanmış olmasına rağmen, mitokondriyal ağ sağlığını nicel olarak karakterize etmek için ek hücre hatları ve birincil hücre tipleri için uyarlanabilir.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Chemicals, Peptides, and Recombinant Proteins</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>CCCP (carbonyl cyanide m-chlorophenyl hydrazone)&#160;</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C2759</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMEM (1x) with 4.5 g/L glucose</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11-965-084</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMSO, Anhydrous</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>D12345</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fetal Bovine Serum</td>
			<td>Hyclone</td>
			<td>SH3007103</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FuGENE 6 (Tranfection Reagent)</td>
			<td>Promega</td>
			<td>E2691</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>GlutaMAX 100x (L-Glutamine Solution)&#160;</td>
			<td>Gibco&#160;</td>
			<td>35-050-061</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hoescht 33342</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>62249</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MitoSOX&#160; Red&#160;</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>M36008</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MitoTracker Deep Red</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>M7514</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Opti-MEM (Redued Serum media)</td>
			<td>ThermoFisher scientific</td>
			<td>31985070</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tetramethylrhodamine, Ethyl Ester, Perchlorate (TMRE)&#160;</td>
			<td>ThermoFisher Scientific</td>
			<td>T669</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Experimental models: Organisms/Strains</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HeLa-M (Homo sapiens)</td>
			<td>A. Peden (Cambridge Institute for Medical Research)</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Recombinant DNA</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EYFP Empty Vector</td>
			<td>N/A</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>YFP-Parkin T240R</td>
			<td>This Paper</td>
			<td>Generated by site-directed mutagenesis from YFP-Parkin</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>YFP-Parkin WT</td>
			<td>Addgene; PMID:19029340</td>
			<td>RRID:Addgene_23955</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Software and Algorithms</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adobe Illustrator</td>
			<td>Adobe Inc.</td>
			<td>https://www.adobe.com/products/illustrator</td>
			<td>(Schindelin, 2012)</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Excel (Spreadsheet Software)</td>
			<td>Microsoft Office&#160;</td>
			<td>https://www.microsoft.com/en-us/microsoft-365/excel</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ImageJ</td>
			<td></td>
			<td>https://imagej.net/software/fiji/</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Leica Application Suite (LAS X)</td>
			<td>Leica</td>
			<td>https://www.leica-microsystems.com/products/microscope-software/p/leica-las-x-ls/</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microsoft Excel</td>
			<td>Microsoft Office</td>
			<td>https://www.microsoft.com/excel</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Prism9 (Statistical Analysis Software)</td>
			<td>GraphPad Software</td>
			<td>https://www.graphpad.com</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Other</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>35 mm Dish, No. 1.5 Coverslip, 20 mm Glass Diameter, Uncoated</td>
			<td>MatTek</td>
			<td>P35G-1.5-20-C</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cage Incubator (Environmental Chamber)</td>
			<td>Okolab</td>
			<td>https://www.oko-lab.com/cage-incubator</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>DMiL Inverted Microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>LIGHTNING Deconvolution Software</td>
			<td>Leica</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>STELLARIS 8 confocal microscope</td>
			<td>Leica</td>
			<td>N/A</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

fluorescence-based quantification of mitochondrial membrane potential and superoxide levels using live imaging in hela cells

Mitokondri, ATP sentezi yoluyla enerji üretimini kontrol ederek metabolik homeostaz için kritik öneme sahip dinamik organellerdir. Hücresel metabolizmayı desteklemek için, çeşitli mitokondriyal kalite kontrol mekanizmaları sağlıklı bir mitokondriyal ağı korumak için işbirliği yapar. Böyle bir yolak, PTEN'e bağlı kinaz 1 (PINK1) ve hasarlı mitokondrinin Parkin fosfo-ubikitinasyonunun otofagozom sekestrasyonunu ve daha sonra lizozom füzyonu yoluyla hücreden çıkarılmasını kolaylaştırdığı mitopajidir. Mitopaji, hücresel homeostaz için önemlidir ve Parkin'deki mutasyonlar Parkinson hastalığı (PD) ile bağlantılıdır. Bu bulgular nedeniyle, mitokondriyal kalite kontrolün moleküler mekanizmalarını ve dinamiklerini anlamak için mitokondriyal hasar ve cironun araştırılmasına önemli bir vurgu yapılmıştır. Burada, HeLa hücrelerinin mitokondriyal ağını görselleştirmek, mitokondriyal membran potansiyelini ve süperoksit seviyelerini ölçmek için canlı hücre görüntüleme, bir mitokondriyal ayrıştırıcı ajan olan karbonil siyanür m-klorofenil hidrazon (CCCP) ile tedaviyi takiben kullanıldı. Ek olarak, Parkin'e bağımlı mitopajiyi inhibe eden PD'ye bağlı bir Parkin mutasyonu (ParkinT240R), mutant ekspresyonun, vahşi tip Parkin'i eksprese eden hücrelere kıyasla mitokondriyal ağı nasıl etkilediğini belirlemek için ifade edildi. Burada özetlenen protokol, mitokondriyal membran potansiyelini ve süperoksit seviyelerini etkili bir şekilde ölçmek için floresan tabanlı yaklaşımlar kullanan basit bir iş akışını açıklamaktadır.

Fluorescence-Based Quantification of Mitochondrial Membrane Potential and Superoxide Levels Using Live Imaging in HeLa Cells

Bu protokolde, CCCP tedavisini takiben mitokondriyal ağın membran potansiyelini ve süperoksit seviyelerini ölçmek için floresan bazlı niceleme kullanılmıştır (Şekil 1). Bu iş akışı, rahim ağzı kanserinden türetilen ölümsüzleştirilmiş bir hücre hattı olan HeLa hücrelerini kullandı. HeLa hücreleri mitokondriyal biyolojiyi incelemek için rutin olarak kullanılır ve nispeten düzdür, bu da mikroskopi kullanarak mitokondriyal ağı görselleştirmeyi kolaylaştır?...

Watch this Scientific Journal Video about Fluorescence-Based Quantification of Mitochondrial Membrane Potential and Superoxide Levels Using Live Imaging in HeLa Cells at JoVE.com

Fluorescence-Based Quantification of Mitochondrial Membrane Potential and Superoxide Levels Using Live Imaging in HeLa Cells (Video) | JoVE 

Bu teknik, floresan tabanlı canlı görüntüleme kullanarak HeLa hücrelerindeki mitokondriyal membran potansiyelini ve süperoksit seviyelerini görselleştirmek ve nicel olarak ölçmek için etkili bir iş akışını tanımlar.

HeLa hücrelerinde canlı görüntüleme kullanılarak mitokondriyal membran potansiyelinin ve süperoksit seviyelerinin floresan bazlı ölçümü

Mitochondria are dynamic organelles critical for metabolic homeostasis by controlling energy production via ATP synthesis. To support cellular metabolism, ...

Bu araştırma nörodejeneratif hastalıklarda mitokondri disregülasyonuna odaklanmaktadır. Bu araştırmanın, Parkinson hastalığı ve ALS gibi nörodejeneratif hastalıklarla mücadelede terapötiklere yol açabilecek hastalık başlangıcının potansiyel nedenlerini anlamak için kullanılabileceğine inanıyoruz. STED ve SIM gibi süper çözünürlüklü mikroskopi veya genleşme mikroskobu gibi teknikler, bireysel organeller içindeki protein dağılımını ve hücre boyunca mitokondri dağılımını doğru bir şekilde anlama yeteneğini geliştirmiştir.Bu tekniğin sonuçları, Parkinson hastalığına bağlı mutasyonların mitokondriyal döngü üzerindeki etkisini incelemek ve nöronal sağlığı korumak için reaktif oksijen türü seviyelerini ve mitokondriyal membran potansiyelini düzenlemenin önemini anlamaya başlamak için bir başlangıç noktası olarak kullanılabilir. Laboratuvarımız, bu yollar arasındaki etkileşimi anlamak için bireysel mitokondriyal kalite kontrol yollarını mekanik olarak karakterize etmeyi amaçlamaktadır. Yol dinamikleri hakkında fikir sahibi olarak, mitokondrinin nasıl korunduğu ve mitokondriyal disregülasyonun nörodejeneratif hastalık başlangıcına nasıl katkıda bulunduğu anlaşılabilir.