A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.
Method Article
שמרי הביקוע Schizosaccharomyces pombe מתגלים כמודל אטרקטיבי לחקר מיטוכונדריה. כאן, אנו מתארים פרוטוקול לניתוח השפע וההרכבה של קומפלקסי הנשימה המיטוכונדריאלים ב-S. pombe. זה מאפשר לאפיין את הפונקציות החדשות של גנים שמורים בשרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית.
שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית חיונית לחילוף החומרים של אנרגיה תאית, ומשמשת כליבת הזרחן החמצוני. שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית מורכבת מחמישה מתחמי אנזימים וקומפלקסי העל האינטראקטיביים שלהם. ניתוח הביטוי והרכבת הקומפלקסים של חלבונים אלה חיוני להבנת תפקוד המיטוכונדריה. ניתן לחקור זאת על ידי שילוב שיטות ביוכימיות וגנטיות במודל מצוין של שמרי ביקוע אורגניזם Schizosaccharomyces pombe (S. pombe), המספק מערכת פיצוי לשמרים ניצנים למחקרים של ביולוגיה מיטוכונדריאלית. כאן, אנו מציגים פרוטוקול מפורט לבידוד מיטוכונדריה של S. pombe וניתוח רמות ביטוי והרכבת קומפלקסים של חלבוני הנשימה המיטוכונדריאלים על ידי אלקטרופורזה של ג'ל SDS-polyacrylamide (SDS-PAGE) ו-BLUE NATIVE-PAGE (BN-PAGE). בקצרה, מיטוכונדריה מהמוטציות מסוג הבר והגנים מטוהרים, ואז הקומפלקסים שלהם מסיסים ונתונים ל-SDS-PAGE/BN-PAGE ו-immunoblotting. שיטה זו מאפשרת לאפיין את התפקוד החדש של הגן בשרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית.
מיטוכונדריה ממלאים תפקידים חשובים בתהליכים ביולוגיים מגוונים, כגון נשימה תאית לאנרגיה, חילוף חומרים תזונתי ומוות תאי1. תפקוד לקוי של המיטוכונדריה קשור למחלות מוח, שרירים והתפתחותיות 2,3. לכן, מחקרים על מיטוכונדריה חיוניים לשיפור ההזדקנות והבריאות של האדם.
השמרים הניצנים Saccharomyces cerevisiae (S. cerevisiae) שימשו זה מכבר לחקר תפקודי הגנים במיטוכונדריה4 מכיוון שמוטציות שמרים פגומות בנשימה עדיין יכולות לייצר אנרגיה להישרדות על ידי תסיסה. עם זאת, הוא חיובי קטן ויכול להתרבות ללא DNA מיטוכונדריאלי (mtDNA). כתוצאה מכך, מוטציות הגנים הפגומים בביטוי הגנים המיטוכונדריאלי מאבדות לעתים קרובות את ה-mtDNA שלהן, מה שמסבך את המחקר הנוסף. לעומת זאת, שמרי הביקוע Schizosaccharomyces pombe (S. pombe), המרוחקים מבחינה אבולוציונית מ-S . cerevisiae, הם שמרים שליליים קטנים שדורשים mtDNA כדי לשרוד. יתר על כן, הארגון של mtDNA ו-mRNA מיטוכונדריאלי של S. pombe דומה לאלה של איקריוטים גבוהים יותר5. גנים חיוניים רבים (96) ב - S. pombe, בהשוואה לשישה גנים חיוניים בלבד ב- S. cerevisiae, נדרשים לביטוי גנים מיטוכונדריאלי6. לפיכך, S. pombe מתגלה כמודל אטרקטיבי לחקר פונקציות חדשות של גנים במיטוכונדריה. עם זאת, מספר הפרסומים החוקרים מיטוכונדריה ב-S. cerevisiae גדול בערך פי 100 מזה של S. pombe, והשיטות והפרוטוקולים המדווחים החוקרים מיטוכונדריה ב-S. pombe גם הם נדירים7.
שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית חיונית לייצור אנרגיה תאית ומשמשת כליבת מיטוכונדריה8. הוא מורכב ממתחמי שרשרת נשימה I-V, כגון NADH-ubiquinone oxidoreductase (קומפלקס I), סוקסינט דהידרוגנאז (קומפלקס II), יוביקינון-ציטוכרום c oxidoreductase או קומפלקס ציטוכרום bc1 (קומפלקס III), ציטוכרום c אוקסידאז (קומפלקס IV) וסינתאז ATP (קומפלקס V), יחד עם שני מצעי ביניים הנושאים אלקטרון, יוביקינון (CoQ) וציטוכרום c (Cyt c)9. הם גם מתקשרים ויוצרים קומפלקסים-על מסדר גבוה יותר, שמנגנוני ההרכבה שלהם נותרו ברובם לא ברורים10,11. עם זאת, S. pombe חסר קומפלקס I, שעשוי להיות מוחלף על ידי NADH דהידרוגנאזות חיצוניות Nde1 ו-Ndi1 פנימי 12,13,14. הגנום המיטוכונדריאלי ב-S. pombe מקודד תת-יחידה של קומפלקס III (Cob1), שלוש תת-יחידות של קומפלקס IV (Cox1, Cox2, Cox3), ושלוש תת-יחידות של קומפלקס V (Atp6, Atp8, Atp9)15,16. לאחרונה דיווחנו כי הביטוי והרכבת הקומפלקסים של חלבונים אלה מושפעים ממחיקת RNA helicase Mss116 (Δmss116)16 וגורם ההרכבה Shy1 (Δshy1)15 ב-S. pombe, בהתאמה. כדי להקל על גילוי הפונקציות החדשות של גנים נוספים בשרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית באמצעות שיטות אלה, כאן אנו מספקים פרוטוקול מפורט לניתוח אלקטרופורזה של ג'ל SDS-polyacrylamide (SDS-PAGE) של רמות הביטוי וניתוח PÉC-PÉN (BN-PAGE) של הרכבת קומפלקסים של חלבוני שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית ב- S. pombe.
הרציונל מאחורי בידוד המיטוכונדריה מ-S. pombe מבוסס על השיטות שנקבעו ב-S. cerevisiae17. הספרופלסטים מוכנים תחילה על ידי עיכול דפנות תאי שמרים. הם הומוגניים מכנית, והמיטוכונדריה מפוצלים על ידי צנטריפוגה דיפרנציאלית18. לאחר מכן, חלבוני שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית מסיסים ומחוסנים חיסון בעקבות SDS-PAGE ו-BN-PAGE. טכניקת BN-PAGE פותחה במקור להפרדת חלבוני ממברנה מיטוכונדריאלית כגון קומפלקסים של שרשרת הנשימה 19,20,21. חלבוני הממברנה עם קומפלקסים שלמים שהשתמרו מסיסים על ידי חומרי ניקוי לא יוניים עדינים ונטענים על ידי צבע אניוני Coomassie G-250. לפיכך, קומפלקסים של חלבונים מופרדים על פי המסה שלהם בג'ל מקורי שיפוע22. שיטה זו נמצאת בשימוש נרחב לחקר קומפלקסים של שרשרת נשימה מיטוכונדריאלית ב-S. cerevisiae23 ובתאי יונקים 24,25; עם זאת, הוא לא יושם באופן נרחב על מיטוכונדריה של S. pombe.
באופן קולקטיבי, כאן אנו מציגים שיטה שבה מיטוכונדריה מבודדים מתאי S. pombe , וחלבוני שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית נתונים ל-SDS-PAGE ו-BN-PAGE ואחריהם אימונובלוטינג. תרשים הזרימה הניסיוני מתואר באיור 1. עם מיטוכונדריה ונוגדנים איכותיים, ניתן ליישם שיטה זו המתוארת ב- S. pombe גם על אורגניזמים אחרים כדי לזהות גנים נוספים עם פונקציות בביטוי ו/או הרכבת קומפלקסים של חלבוני שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית.
1. הכנת ספרופלסטים של S. pombe
2. הומוגניזציה מכנית של ספרופלסטים S. pombe
3. בידוד מיטוכונדריה של S. pombe על ידי צנטריפוגה
4. SDS-PAGE ואימונובלוטינג של חלבוני שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית
5. הכנת דגימה מיטוכונדריאלית עבור BN-PAGE
6. BN-PAGE ואימונובלוטינג של קומפלקסים של שרשרת נשימה מיטוכונדריאלית
בעבר השתמשנו בפרוטוקול זה כדי לחקור את ההשפעות של מחיקת shy1, הומולוג S. pombe של SURF1 אנושי, על ביטוי חלבוני שרשרת נשימה מקודדים mtDNA והרכבה של קומפלקסים של שרשרת נשימה מיטוכונדריאלית. מצאנו שרמות המצב היציב של Cob1, Cox1, Cox2, Cox3 ו-Atp6 הופחתו באופן משמעותי בזן Δshy1 (
במחקר זה, אנו מציגים פרוטוקול מפורט לבידוד מיטוכונדריה של S. pombe וביצוע SDS-PAGE ו-BN-PAGE כדי לנתח את הביטוי והרכבת הקומפלקסים של חלבוני שרשרת הנשימה המיטוכונדריאלית.
קו-אימונו-משקעים (co-IP) שימש בדרך כלל לאיתור הרכבה של קומפלקסים של חלבונים; עם זאת, זה מאתגר ע?...
אין לנו ניגודי אינטרסים.
אנו מודים לד"ר יינג הואנג ולד"ר יינג לואו על תמיכתם. עבודה זו נתמכה על ידי מענקים (32270048 ל-J.S. ו-31900403 ל-G.F.) מהקרן הלאומית למדעי הטבע של סין.
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