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ここで説明するフローサイトメトリーによりげっ歯類組織分析から単離されたミトコンドリアの免疫標識によってミトコンドリア外膜タンパク質を検出および定量するための方法である。この方法は、ミトコンドリア亜集団の機能的側面を評価するために拡張することができる。
動物組織内のミトコンドリア外膜タンパク質成分を検出し、監視するための方法は、ミトコンドリアの生理学および病態生理学を研究するために不可欠である。このプロトコルは、齧歯類の組織から単離されたミトコンドリアは、免疫標識およびフローサイトメトリーによって分析する技術が記載されている。ミトコンドリアは、齧歯類脊髄から単離され、ミエリン、神経組織から調製されたミトコンドリア画分の主要な汚染物質を除去するために急速な濃縮工程に供される。単離されたミトコンドリアは、その後、選択した抗体と、蛍光結合二次抗体で標識する。フローサイトメトリーによる分析は、免疫標識タンパク質の検出および定量に続いて、ミトコンドリア特異的色素で染色することにより、ミトコンドリア調製物の相対的な純度を検証します。この技術は、サンプルあたりのミトコンドリアの数十万の分析を可能にする、迅速な定量化及びハイスループットである。それは、新規なpを評価するために適用され正常な生理的条件下で、ミトコンドリアの表面でroteinsだけでなく、病理中にこの細胞小器官にmislocalizedなる可能性がタンパク質。重要なことに、この方法は、ミトコンドリア亜集団の特定の活動を報告する蛍光指示薬色素に結合され、中枢神経系(脳および脊髄)、ならびに肝臓からミトコンドリアに対して実行可能であることができる。
ミトコンドリアは、高エネルギー需要部位に輸送され、生理的刺激1に迅速に対応している、核分裂と核融合の複数のラウンドを受ける非常にダイナミックな細胞小器官である。それはますます異なる組織内のミトコンドリア、さらには異なる細胞区画には、異なる機能プロファイルを有することが認識されているので、新しい方法は、これらの異なるミトコンドリアのサブセットを識別するために必要とされる。
顕微鏡検査は、個別のミトコンドリアを視覚化することができ、ミトコンドリアでのまたは中のタンパク質の存在が免疫蛍光2によって決定することができる手段を提供する。しかしながら、この方法による定量分析は、労働集約的であり、不死化または初代細胞株を用いた実験に適している。組織に由来する個別のミトコンドリアの研究が著しく困難であり、ほとんどの方法はevaluと同時にミトコンドリアのサブセットを容易に識別を可能にしないミトコンドリア機能3のation。
このハードルに対処するために、ミトコンドリアげっ歯類組織から単離し、続いてフローサイトメトリーにより分析を免疫標識するための新規な方法が開発されている。これは、顕微鏡による分析に比べてミトコンドリア外膜に局在するタンパク質の迅速な検出および定量を可能にする、はるかに少ない労働集約的であり、単一のサンプル中のミトコンドリアの数千の分析を可能にする。このアッセイは、ミトコンドリアにおいて構成的に存在すると考えられているミトコンドリア外膜タンパク質の運命および相対量を監視するために適用することができ、ミトコンドリアの表面へのタンパク質の補充、または病理学的状態におけるミトコンドリアにmislocalizedタンパク質の検出。また、従来の蛍光指示色素の取り込みは、異なるミトコンドリアにおけるミトコンドリア機能の特定の側面の同時評価を可能にする亜集団。
本研究で用いた動物は、カナダ人によって概説されるように国の基準に従って動物の保護のためのセンター·デ·ルシェルシュ·デュ·センターHospitalierドゥモントリオール大学(CRCHUM)制度委員会により承認されたプロトコル(N08001CVsr)に厳密に従って処理した。動物管理評議会(CCAC)。
このプロトコール( 表1)を実行するために必要な全ての試薬 を準備する。機器、消耗品や仕入先に関する他のすべての詳細は、材料のリストに記載されています。
表1バッファー組成。
ラット脊髄の1集
脊髄ミットの2の単離(ヴァンデヴェルデらから適応。4)ochondria
フローサイトメトリー用単離されたミトコンドリアの3。免疫標識
フローサイトメトリーによる4のアッセイミトコンドリア膜電位およびミトコンドリアスーパーオキシド生産
5。フローサイトメトリーによる免疫標識単離されたミトコンドリアの取得と解析に
ラット脊髄から派生ミトコンドリアはMitofusin2(MFN2)、ミトコンドリア8の外膜の融合に関与するタンパク質を標的とした抗体で免疫することができます。 MFN2特異的な抗体と、蛍光結合二次抗体を用いて単離およびラベリングの後、ミトコンドリアは、フローサイトメトリー( 図1)によって処理される。データ収集後、試料を第1のドットプロット( 図2A)上のすべての収集されたイベントを視覚化することによって、解析ソフトフローサイトメトリーを用いて分析する。イベントはFSC、幅(W)対面積(A)( 図2B)にプロットされている場合ダブレットとシングレットが区別される。シングレットを選択したら、ゲートFSC / SSC経由ミトコンドリア人口( 図2C)、およびミトコンドリア-SPEで染色した試料を用いて染色していないサンプルのヒストグラムを共同プロットすることによってミトコンドリア特有の色素が陽性染色イベントの数を確認するcific色素。ミトコンドリアのイベントを判別するには、二つのピーク( 図2D)の交差点にゲートを配置します。脊髄調製のために、典型的に>イベントの90%は、ミトコンドリア特異的な色素に陽性である。イベントの98%が色素で標識するであろう〜肝臓のような他の組織については(データは示さず)。唯一のミトコンドリア特有の色素のために積極的に標識するイベントを選択した後、1%以下アイソタイプ標識( 左 図2Eを 、)が含まれたゲート(MFN2 +)を選択して、アイソタイプコントロールと背景のラベル付けを決定する。ミトコンドリア外膜に存在するMFN2とミトコンドリアの百分率( 図2E、 右 ) を決定するために抗体MFN2で標識されたすべてのサンプルに対して均一に、このゲートを適用します。この実験では、ミトコンドリアの30%がMFN2について陽性脊髄標識に由来する。それは、MFN2は遍在的に発現MITであると考えられているがあることを、ここで注意することは重要であるochondrial外膜タンパク質は、それが以前に定量化されていない。また、培養細胞におけるMFN2の免疫細胞化学分析は、個別のミトコンドリア9の非均質な標識を示す。それは、MFN2エピトープが原因自体との相互作用、または他の結合パートナーまたは翻訳後修飾を投稿する予定利用できなかった可能性もある。注目すべきは、この研究における抗体は、N末端(アミノ酸38-55)の合成ペプチドを使用して生成された。この変異体はまだ実験的に確認(UniProtのデータベース)されるが、最初の302個のアミノ酸を欠くMFN2の予測されたスプライス変異体がある。したがって、このアッセイは、使用される抗体与え、N末端配列を欠く選択的スプライシングされたMFN2を検出できない。
ミトコンドリア膜電位(ΔΨm)およびスーパーオキシド産生は、このアッセイで評価することができる。ミトコンドリア内膜を横切る電荷のwhの分離があるICHは、酸化的リン酸化によるATP産生を駆動します。 TMRMは、膜電位依存的に5にミトコンドリア内に蓄積カチオン染料であるため、ミトコンドリアの膜電位のレポーターとして使用することができる。ミトコンドリアの大部分(95%)は、非染色コントロール( 図3A)と比較して、染色した後TMRM陽性である。しかしながら、脱共役剤のCCCPを添加する場合TMRM( 図3A)を保持することができるミトコンドリア数の有意な減少がある。 CCCPは、基本的に電荷の分離を破壊し、膜脱分極、ミトコンドリア内膜を横切るイオンの自由な通過を可能にする。
複合体I電子伝達鎖のIIIからの酸化的リン酸化の正常な副産物としてミトコンドリア放出スーパーオキシド。ミトコンドリアスーパーオキシドは、ミトコンドリアを標的とし、蛍光Folloのとなっている膜透過性色素を介して測定することができるウイングスーパー7との反応。機能性ミトコンドリアは染色していないサンプル( 図3B)と比較したスーパーオキシドの基底量を生産する。複合体III阻害剤アンチマイシンAを添加すると、蛍光における右方向シフト、およびミトコンドリアの数が多いことによって示されるように、スーパーオキシドの増加をもたらす(典型的には〜10%)、このミトコンドリアのスーパーオキシド指示薬色素( 図3B)を有する蛍光である。
ミトコンドリアの単離、免疫標識および分析の図1の回路図。手順1:組織を収集し、均質化するステップ2:単離手順8の遠心分離工程が含まれています。ミエリンは、中枢神経系組織の主要な封じ込めは、イオジキサノール(密度勾配培地)及びセントリミトコンドリアを希釈することによって除去されるミトコンドリアをペレット化しつつ、チューブの頂部に浮遊ミエリンをもたらすfugingは、 工程3:続いて単離及び定量化、ミトコンドリアは、ブロックされた一次抗体で標識し、洗浄する。フルオロフォアにコンジュゲート二次抗体を添加する。未結合抗体を洗い流すステップ4:この時点で、ミトコンドリアの純度を報告する蛍光色素、またはミトコンドリア機能を付加することができるステップ5:ミトコンドリアは、現在フローサイトメトリーによって分析される準備ができている。
フローサイトメトリーによる単離されたミトコンドリアを分析するための図2の戦略。前方散乱(FSC)および側方散乱(SSC)の電圧は、対数モードで両方のパラメータを使用して、小規模なイベントのために調整しなければならない。 FSC幅(FSC-W)のデータがなければなりませんダブレットを排除するために集めた。注意、ほとんどのフローサイトメーター上で、FSCおよびSSCのデフォルト設定はリニアモードでは、(B)ダブレット、。ドットプロット上で収集されたすべてのイベントを可視化する(A)。であると同時に、レーザーによって渡す2ミトコンドリアは、区別することができるFSC-W(リニアモード)対FSCをプロットすることによって、一重。 FSC-W値はイベント、 すなわち、濃い雲の一部であるものの大多数の2倍以上の平均FSC-W値の場合、イベントが除外されます。で染色し、このしきい値の下でイベントシングレットとしてゲートされる。(C)繰り返しますが、残りのイベント上のドットプロットでのイベント、およびゲートを可視化する。(D)は染色されていないサンプル(固体、灰色、黒)のヒストグラムをプロットし、試料ミトコンドリア特異的色素(MSD:固体、緑)。アイソタイプコントロールの門MSD(MSD +)で陽性染色イベント。(E)ヒストグラム、ウサギのIgG(点線、黒)とMFN2標識された試料(固体、ピンク)。アイソタイプコントロールのピークに≤1%MFN2 +をもたらすとMFN2(MFN2 +)で陽性に標識事象の割合を決定するための実験サンプルにこの同じゲートを適用するようにゲートを設定します。 これの拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。フィギュア。
フローサイトメトリーにより単離されたミトコンドリアにミトコンドリア膜電位(ΔΨm)およびスーパーオキシド産生のアッセイ図3。 (固体、灰色、黒)色素が膜電位とミトコンドリア内に蓄積するため、染色していない対照と比較して、すべてのアクティブなミトコンドリアは(固体、黒)TMRMでラベルします、基礎条件下では、(A)、。 ADDIプロトノフォアのCCCP(青破線)のンは、ミトコンドリアが脱分極の少ない基礎条件と比較して、色素を保持させる膜電位を消費します。データは、デルタは、基礎条件下では、サンプルの平均蛍光強度から減算染色していない対照の平均蛍光強度である蛍光強度(ΔMFI)、(B)を意味するように、ミトコンドリアは、酸化の副産物として、スーパーオキシドを生成すると報告されているリン酸化。 (塗りつぶされた、固体灰色)染色していない対照と比較して:スーパーオキシドのこのミトコンドリア源は、ミトコンドリアのスーパーオキシドインジケータ、(固体、黒MitoO 2 - )でアッセイすることができる。複合体III阻害剤、アンチマイシンAの添加は、増加したスーパーオキシド産生における(破線、オレンジ)の結果は、基礎レベルと比較した。データはMitoO 2-インジケータ用染色陽性細胞のパーセントとして報告されている。K ">この図の拡大版をご覧になるにはこちらをクリックしてください。
これは、ミトコンドリアが正常な生理と病気の両方で重要なプレーヤーであることがますます明らかである。免疫ブロッティングながら全人口の平均で、この方法のレポートは、特定の条件でミトコンドリア内またはミトコンドリア表面で見出されるタンパク質を決定することができます。この方法は、ミトコンドリアの亜集団またはサブセットの相対存在量についての情報を得ることはできません。それは以前に全てのミトコンドリアが等しく作成されると仮定されているが、フィールドがますます細胞内のミトコンドリアは、形態学の観点から大規模な変動性を有し、および/ または10を機能することを認識している。
蛍光顕微鏡のアプローチを考慮にミトコンドリアの不均一性を取るか。しかし、この種のデータの定量化は労働集約的である。さらに、このアプローチは、/ in situで起因excesに困難であり、インビボでミトコンドリアを標識として、培養細胞を用いた研究に適してい現在、ミトコンドリアのSIVE数、個別の細胞小器官の分化が本質的に困難になる。ほとんどの免疫細胞化学プロトコールでは、同時にミトコンドリア外膜のタンパク質を標識し、抗体による標識のために必要な細胞の透過化工程にミトコンドリア機能を評価することも不可能である。現在の方法は、単離されたミトコンドリアで動作し、したがって、透過処理工程を必要としない。また、個別のミトコンドリアの可視化は、ミトコンドリア機能の分析に適していない電子顕微鏡を介してのみ可能である。言われていること、私たちは組織からのミトコンドリアの単離は、ミトコンドリアのネットワークの崩壊につながり、これはミトコンドリア機能のいくつかの要素に影響を与える可能性があることを認識している。しかし、同様に処理されている組織から単離されたミトコンドリアの機能的な側面の比較は有効なままです。
組織由来isolatの免疫標識のこの方法フローサイトメトリーによる編ミトコンドリアおよびその後の分析は、外膜に位置するタンパク質の存在を検出し、監視するための迅速かつ定量化可能な方法を可能にする。 (MFN2のように)非常に豊富なミトコンドリアタンパク質の検出は、この技術で可能である。同様に、このメソッドは、筋萎縮性側索硬化症(ALS)11の文脈におけるミスフォールドSOD1のような疾患におけるミトコンドリア膜上に堆積された少量のタンパク質を検出することができます。さらに、この方法は、一過性にそれらの通常の機能の一部として、ミトコンドリアの表面と会合するタンパク質をモニターするために有用であり得る。例としては、ダイナミン関連タンパク質-1(DRP1)としてミトコンドリアの活性酸素種を強化するミトコンドリアに移行し、ミトコンドリア分裂12及び腫瘍壊死因子受容体関連因子6(TRAF6)を促進するためにミトコンドリアに動員される細胞質タンパク質自然免疫応答13の一部。
細胞内標識化のための標準的な透過化プロトコルは、ミトコンドリアの構造的完全性を破壊する界面活性剤を必要とする現在、この技術は、唯一のミトコンドリアの表面に位置するタンパク質の影響を受けやすい。可能な試薬の数は(未発表)試されてきたが、免疫標識プロトコルのさらなる最適化は、依然としてミトコンドリア内成分を検出に適し、このプロトコルを行うために必要とされる。
この技術は、広範な用途を有しており、異なる実験パラダイムの下でミトコンドリアへの1つ以上のタンパク質の存在または動員を検出するために用いることができる。さらに、ミトコンドリアは、二つの異なった抗体と、ならびに蛍光指示薬11と共標識することができる。他の蛍光プローブはまた、ミトコンドリア機能の追加の態様を特徴づけるために組み込むことができる。例えば、市販の染料は、ミトコンドリアのpHが14を監視する、カルシウムグリーン-5N 15、およびATPレベル16とカルシウム取り込みが可能です。
著者らは、開示することは何もない。
私たちは、フローサイトメーターにアクセスするためのローリー·Destroismaisonsと卓越した技術サポートのためのサラPeyrardとDr.Alexandreプラットに感謝します。また、調製物からのミエリンの除去に関する彼の貢献のために博士ティモシー·ミラーを承認したいと思います。この作品は、ヘルスリサーチ(CIHR)神経筋研究パートナーシップ、革新のためのカナダの財団、カナダのALS協会、ALS研究フリック財団、CHUM財団とフォン·ド·ラ·ルシェルシュエンサンテ·デュ·ケベック(CVV)のカナダの研究所によってサポートされていました。 CVVおよびNAの両方がフォン·ド·ラ·ルシェルシュエンサンテ·デュ·ケベック州とCIHR新しい研究者の研究学者である。 SPはカナダのALS協会からティム·ノエル学生の身分によってサポートされています。
Name | Company | Catalog Number | Comments |
Rats | Charles River | Strain code 400 | Adult (9 weeks to 18 weeks) male or female rats can be used for the isolation protocol. Weight of rats is dependent on gender and age (males between 300 to 500 g and females between 200 to 350 g) are typically used. |
Dounce homogenizer | Kontes Glass Co. | 885450-0022 | Duall 22 |
Microcentrifuge | Thermo Scientific | Sorvall Legend Micro 17 R | |
Ultra-Clear Ultracentrifuge tubes | Beckman Coulter | 344057 | Transparent, thin walled |
Sorvall Ultracentrifuge | Thermo Scientific | Sorvall WX UltraSeries | |
AH-650 rotor and buckets | Thermo Scientific | ||
Opti-prep | Axis-Shield | 1114542 | Iodixanol, density gradient medium |
Fatty acid free Bovine Serum Albumin | Sigma | A8806 | Must be fatty acid free for mitochondria |
Sodium succinate dibasic hexahydrate | Sigma | S9637 | |
Rabbit anti-Mitofusin2 antibody | Sigma | M6319 | |
Rabbit IgG | Jackson Immuno Research | 011-000-003 | |
Anti-Rabbit IgG PE | eBioscience | 12-4739-81 | |
Micro titer tube | Bio-Rad | 223-9391 | For sample acquisition by flow cytometry |
MitoTrackerGreen (MTG) | Invitrogen | M7514 | 100 nM: Ex 490 nm/Em 516 nm |
TMRM | Invitrogen | T668 | 100 nM: Ex 548 nm/Em 574 nm |
CCCP | Sigma | C2759 | |
MitoSOX Red | Invitrogen | M36008 | 5 µM: Ex 540 nm/Em 600 nm |
Antimycin A | Sigma | A8874 | |
LSR II flow cytometer | BD | ||
BD FACSDiva Software | BD | ||
FlowJo | TreeStar Inc. | Software used for analysis | |
BCA protein assay kit | Pierce/Thermo Scientific | 23225 | Bradford assay is not recomended as it is not compatible with high concentrations of SDS |
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