A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
تظهر الخميرة الانشطارية Schizosaccharomyces pombe كنموذج جذاب لدراسة الميتوكوندريا. هنا ، نصف بروتوكولا لتحليل وفرة وتجميع مجمعات الجهاز التنفسي للميتوكوندريا في S. pombe. يتيح ذلك توصيف الوظائف الجديدة للجينات المحفوظة في سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا.
تعتبر سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا ضرورية لعملية التمثيل الغذائي للطاقة الخلوية ، حيث تعمل كجوهر للفسفرة المؤكسدة. تتكون سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا من خمسة مجمعات إنزيمية ومجمعاتها الفائقة المتفاعلة. يعد تحليل التعبير والمجمعات لهذه البروتينات أمرا حيويا لفهم وظيفة الميتوكوندريا. يمكن دراسة ذلك من خلال الجمع بين الأساليب الكيميائية الحيوية والوراثية في كائن حي نموذجي ممتاز خميرة انشطار Schizosaccharomyces pombe (S. pombe) ، والذي يوفر نظاما تعويضيا للخميرة الناشئة لدراسات بيولوجيا الميتوكوندريا. هنا ، نقدم بروتوكولا مفصلا لعزل الميتوكوندريا S. pombe وتحليل مستويات التعبير والمجمعات لتجميع بروتينات الجهاز التنفسي للميتوكوندريا بواسطة الرحلان الكهربائي لجل SDS-polyacrylamide (SDS-PAGE) والصفحة الأصلية الزرقاء (BN-PAGE). باختصار ، يتم تنقية الميتوكوندريا من الطفرات البرية والجينية ، ثم يتم إذابة مجمعاتها وإخضاعها ل SDS-PAGE / BN-PAGE والنشاف المناعي. تتيح هذه الطريقة توصيف الوظيفة الجديدة للجين في سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا.
تلعب الميتوكوندريا أدوارا مهمة في العمليات البيولوجية المتنوعة ، مثل التنفس الخلوي للطاقة ، والتمثيل الغذائي الغذائي ، وموت الخلايا1. يرتبط خلل الميتوكوندريا بأمراض الدماغ والعضلات والنمو2،3. لذلك ، تعتبر الدراسات التي أجريت على الميتوكوندريا أمرا حيويا لتحسين شيخوخة الإنسان وصحته.
الخميرة الناشئة خميرة خميرة (S. cerevisiae) لطالما استخدمت لدراسة وظائف الجينات في الميتوكوندريا4 لأن طفرات الخميرة المعيبة في التنفس لا يزال بإمكانها إنتاج الطاقة للبقاء على قيد الحياة عن طريق التخمير. ومع ذلك ، فهي إيجابية صغيرة ويمكن أن تتكاثر بدون الحمض النووي للميتوكوندريا (mtDNA). وبالتالي ، فإن الطفرات الجينية المعيبة في التعبير الجيني للميتوكوندريا غالبا ما تفقد mtDNA الخاص بها ، مما يعقد المزيد من الدراسة. في المقابل ، فإن الخميرة الانشطارية Schizosaccharomyces pombe (S. pombe) ، البعيدة تطوريا عن S. cerevisiae ، هي خميرة سلبية صغيرة تتطلب mtDNA للبقاء على قيد الحياة. علاوة على ذلك ، فإن تنظيم mtDNA و mRNA للميتوكوندريا ل S. pombe مشابه لتلك الموجودة في حقيقيات النوىالأعلى 5. العديد من (96) الجينات الأساسية في S. pombe ، مقارنة بستة جينات أساسية فقط في S. cerevisiae ، مطلوبة للتعبير الجيني للميتوكوندريا6. وهكذا ، فإن S. pombe يظهر كنموذج جذاب لدراسة الوظائف الجديدة للجينات في الميتوكوندريا. ومع ذلك ، فإن عدد المنشورات التي تدرس الميتوكوندريا في S. cerevisiae يزيد بحوالي 100 مرة عن تلك الموجودة في S. pombe ، كما أن الأساليب والبروتوكولات المبلغ عنها التي تدرس الميتوكوندريا في S. pombe نادرةأيضا 7.
تعتبر سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا ضرورية لإنتاج الطاقة الخلوية وتعمل كنواة للميتوكوندريا8. وهو يتألف من مجمعات سلسلة الجهاز التنفسي I-V ، مثل NADH-ubiquinone oxidoreductase (المركب الأول) ، نازعة هيدروجين السكسينات (المركب II) ، ubiquinone-cytochrome c oxidoreductase أو cytochrome bc1 complex (المركب الثالث) ، السيتوكروم ج أوكسيديز (المركب الرابع) ، و ATP synthase (المركب V) ، جنبا إلى جنب مع ركيزتين وسيطتين تحملان الإلكترون ، يوبيكوينون (CoQ) وسيتوكروم ج (Cyt c)9. كما أنها تتفاعل وتشكل مجمعات فائقة من الترتيب الأعلى ، والتي لا تزال آليات تجميعها غير واضحة إلى حد كبير10،11. ومع ذلك ، فإن S. pombe يفتقر إلى المركب I ، والذي يمكن استبداله بنازعة هيدروجين NADH الخارجية Nde1 و Ndi1 الداخلية12،13،14. جينوم الميتوكوندريا في S. pombe يشفر وحدة فرعية من المركب III (Cob1) ، وثلاث وحدات فرعية من المركب IV (Cox1 ، Cox2 ، Cox3) ، وثلاث وحدات فرعية من المركب V (Atp6 ، Atp8 ، Atp9) 15،16. لقد أبلغنا مؤخرا أن التعبير عن هذه البروتينات وتجميع المجمعات تتأثر بحذف RNA helicase Mss116 (Δmss116) 16 وعامل التجميع Shy1 (Δshy1) 15 في S. pombe ، على التوالي. لتسهيل اكتشاف المزيد من الوظائف الجديدة للجينات في سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا باستخدام هذه الطرق ، نقدم هنا بروتوكولا مفصلا لتحليل الرحلان الكهربائي لجل SDS-polyacrylamide (SDS-PAGE) لمستويات التعبير وتحليل BLUE NATIVE-PAGE (BN-PAGE) لتجميع المجمعات لبروتينات سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا في S. pombe.
يعتمد الأساس المنطقي وراء عزل الميتوكوندريا عن S. pombe على الأساليب المعمول بها في S. cerevisiae17. يتم تحضير البلاستيدات الكروية أولا عن طريق هضم جدران خلايا الخميرة. يتم تجانسها ميكانيكيا ، ويتم تجزئة الميتوكوندريا عن طريق الطرد المركزي التفاضلي18. بعد ذلك ، يتم إذابة بروتينات السلسلة التنفسية للميتوكوندريا ولمستها المناعية بعد SDS-PAGE و BN-PAGE. تم تطوير تقنية BN-PAGE في الأصل لفصل بروتينات غشاء الميتوكوندريا مثل مجمعات سلسلة الجهاز التنفسي19،20،21. يتم إذابة بروتينات الغشاء ذات المجمعات السليمة المحفوظة بواسطة منظفات غير أيونية خفيفة ويتم شحنها بواسطة الصبغة الأنيونية Coomassie G-250. وبالتالي ، يتم فصل مجمعات البروتين وفقا لكتلتها في هلام PAGE الأصليالمتدرج 22. وقد استخدمت هذه الطريقة على نطاق واسع لدراسة مجمعات سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا في S. cerevisiae23 وخلايا الثدييات24،25; ومع ذلك ، لم يتم تطبيقه على نطاق واسع على S. بومبي الميتوكوندريا.
بشكل جماعي ، نقدم هنا طريقة يتم فيها عزل الميتوكوندريا من S. بومبي الخلايا ، وتخضع بروتينات سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا ل SDS-PAGE و BN-PAGE متبوعا بالنشاف المناعي. يتم توضيح المخطط الانسيابي التجريبي في الشكل 1. مع الميتوكوندريا والأجسام المضادة عالية الجودة ، يمكن أيضا تطبيق هذه الطريقة الموضحة في S. pombe على الكائنات الحية الأخرى لتحديد المزيد من الجينات ذات الوظائف في التعبير و / أو تجميع المجمعات لبروتينات السلسلة التنفسية للميتوكوندريا.
1. تحضير S. pombe spheroplasts
2. التجانس الميكانيكي ل S. pombe spheroplasts
3. عزل الميتوكوندريا S. pombe عن طريق الطرد المركزي
4. SDS-PAGE والنشاف المناعي لبروتينات سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا
5. تحضير عينة الميتوكوندريا ل BN-PAGE
6. BN-PAGE والنشاف المناعي لمجمعات سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا
استخدمنا هذا البروتوكول سابقا للتحقيق في آثار حذف shy1 ، S . pombe متماثل ل SURF1 البشري ، على التعبير عن بروتينات سلسلة الجهاز التنفسي المشفرة mtDNA وتجميع مجمعات سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا. وجدنا أن مستويات الحالة المستقرة ل Cob1 و Cox1 و Cox2 و Cox3 و Atp6 قد انخفضت ?...
في هذه الدراسة ، نقدم بروتوكولا مفصلا لعزل الميتوكوندريا S. pombe وإجراء SDS-PAGE و BN-PAGE لتحليل التعبير والمجمعات لبروتينات سلسلة الجهاز التنفسي للميتوكوندريا.
يستخدم الترسيب المناعي المشترك (co-IP) بشكل شائع للكشف عن تجميع مجمعات البروتين. ومع ذلك ، من الصعب ...
ليس لدينا تضارب في المصالح.
نشكر الدكتور يينغ هوانغ والدكتور يينغ لوه على دعمهما. تم دعم هذا العمل بمنح (32270048 إلى JS و 31900403 إلى G.F.) من المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
6-Aminocaproice acid | Sangon | A430196 | |
Acrylamide/Bis (37.5: 1) 40% | Biolab | GS1374 | |
Ammonium persulfate | Sangon | A100486 | |
Anti-Atp6 antibody | Bioworld | in-house | IB: 1:200 |
Anti-Cob1 antibody | Bioworld | in-house | IB: 1:1000 |
Anti-Cox1 antibody | Bioworld | in-house | IB: 1:2000 |
Anti-Cox2 antibody | Bioworld | in-house | IB: 1:1000 |
Anti-Cox3 antibody | Bioworld | in-house | IB: 1:200 |
Anti-Hsp60 antibody | Bioworld | in-house | IB: 1:3000 |
BCA Protein Quantification Kit | LEAGENE | PT0001 | |
Bis-Tris | YEASEN | 60105ES25 | |
Coomassie Brilliant Blue G-250 | SERVA | 17524.01 | |
Coomassie Brilliant Blue R-250 | Sangon | A100472 | |
Digitonin | Sigma | D141 | |
D-Sorbitol | Sangon | A100691 | |
EDTA | Solarbio | E8030 | |
Gradient mixer | Millet scientific | MGM-50 | |
HEPES | Solarbio | H8090 | |
High molecular weight protein marker for native PAGE | Real Times | RTD6142 | |
IgG-Alexa Fluor Plus 800 (anti-rabbit secondary antibody) | Thermo Fisher | A32735 | IB: 1:10000 |
Immobilon-FL 0.45 μm PVDF membrane | Millipore | IPFL00005 | |
Kimble Kontes Dounce tissue grinder | Thermo Fisher | K8853000015 | |
KOH | Sangon | A610441 | |
Lallzyme MMX | Lallemand | N.A. | |
Lysing enzyme | Sigma | L3768 | |
Lyticase | Sigma | L4025 | |
MgCl2 | Sangon | A601336 | |
MOPS | Sangon | A421333 | |
Native Bis-Tris Gels (precast) | Solarbio | PG41510-N | |
PMSF | Sangon | A610425 | |
Precast Gel Running buffer for Native-PAGE | Solarbio | PG00020-N | |
Protease inhibitor cocktail for yeast extracts | Beyotime | P1020 | |
Sucrose | Sangon | A610498 | |
TEMED | Sigma | T9281 | |
Tricine | Sigma | T0377 | |
Tween-20 | Solarbio | T8220 | |
Vinotaste | Novozymes | N.A. | |
Zymolyase | MP Biomedicals | 320921 |
Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article
Request PermissionThis article has been published
Video Coming Soon
Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved