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Method Article
분열 효모인 Schizosaccharomyces pombe 는 미토콘드리아를 연구하기 위한 매력적인 모델로 부상하고 있습니다. 여기에서는 S. pombe에서 미토콘드리아 호흡 복합체의 풍부함과 조립을 분석하기 위한 프로토콜에 대해 설명합니다. 이를 통해 미토콘드리아 호흡 사슬에서 보존된 유전자의 새로운 기능을 특성화할 수 있습니다.
미토콘드리아 호흡 사슬은 세포 에너지 대사에 매우 중요하며 산화적 인산화의 핵심 역할을 합니다. 미토콘드리아 호흡 사슬은 5개의 효소 복합체와 이들이 상호 작용하는 상부 복합체로 구성됩니다. 이러한 단백질의 발현 및 복합체 조립을 분석하는 것은 미토콘드리아 기능을 이해하는 데 필수적입니다. 이는 미토콘드리아 생물학 연구를 위해 신진 효모에 보상 시스템을 제공하는 우수한 모델 유기체 핵분열 효모 Schizosaccharomyces pombe (S. pombe)에서 생화학적 및 유전적 방법을 결합하여 연구할 수 있습니다. 여기에서는 S. pombe 미토콘드리아의 분리와 SDS-폴리아크릴아미드 겔 전기영동(SDS-PAGE) 및 블루 네이티브-페이지(BN-PAGE)에 의한 미토콘드리아 호흡 단백질의 발현 수준 및 복합체 조립을 분석하기 위한 자세한 프로토콜을 제시합니다. 간단히 말해서, 야생형 및 유전자 돌연변이의 미토콘드리아를 정제한 다음 그 복합체를 용해하고 SDS-PAGE/BN-PAGE 및 면역 블로팅을 수행합니다. 이 방법을 사용하면 미토콘드리아 호흡 사슬에서 유전자의 새로운 기능을 특성화할 수 있습니다.
미토콘드리아는 에너지를 위한 세포 호흡, 영양 대사, 세포 사멸 등 다양한 생물학적 과정에서 중요한 역할을 합니다1. 미토콘드리아의 기능 부전은 뇌, 근육 및 발달 질환과 관련이 있습니다 2,3. 따라서 미토콘드리아에 대한 연구는 인간의 노화와 건강을 개선하는 데 필수적입니다.
신진 효모 Saccharomyces cerevisiae(S. cerevisiae)는 호흡에 결함이 있는 효모 돌연변이가 여전히 발효를 통해 생존을 위한 에너지를 생산할 수 있기 때문에 미토콘드리아4의 유전자 기능을 연구하는 데 오랫동안 사용되어 왔습니다. 그러나 이 바이러스는 몸집이 작은 양성이며 미토콘드리아 DNA(mtDNA) 없이 증식할 수 있습니다. 결과적으로, 미토콘드리아 유전자 발현에 결함이 있는 유전자 돌연변이는 종종 mtDNA를 잃게 되며, 이는 추가 연구를 복잡하게 만듭니다. 이와는 대조적으로, S. cerevisiae와 진화적으로 거리가 먼 핵분열 효모 Schizosaccharomyces pombe (S. pombe)는 생존을 위해 mtDNA가 필요한 쁘띠 음성 효모입니다. 더욱이, S. pombe의 mtDNA와 미토콘드리아 mRNA의 조직은 고등 진핵생물의 조직과 유사하다5. S. cerevisiae에는 6개의 필수 유전자가 있는 것에 비해 S. pombe에는 많은(96개의) 필수 유전자가 미토콘드리아 유전자 발현에 필요합니다6. 따라서 S. pombe는 미토콘드리아에서 유전자의 새로운 기능을 연구하기 위한 매력적인 모델로 부상하고 있습니다. 그러나 S. cerevisiae의 미토콘드리아를 연구한 논문의 수는 S. pombe의 미토콘드리아보다 약 100배 더 많으며, S. pombe의 미토콘드리아를 연구하는 보고된 방법과 프로토콜도 부족하다7.
미토콘드리아 호흡 사슬은 세포 에너지 생산에 매우 중요하며 미토콘드리아8의 핵심 역할을 합니다. NADH-유비퀴논 산화환원효소(복합체 I), 숙시네이트 탈수소효소(복합체 II), 유비퀴논-사이토크롬 c 산화환원효소 또는 사이토크롬 bc1 복합체(복합체 III), 사이토크롬 c 산화효소(복합체 IV) 및 ATP 합성효소(복합체 V)와 같은 호흡기 사슬 복합체 I-V와 전자, 유비퀴논(CoQ) 및 사이토크롬 c(Cyt c)9를 운반하는 두 개의 중간 기질로 구성됩니다. 그들은 또한 상호 작용하여 고차원 초복합체를 형성하는데, 그 조립 메커니즘은 대체로 불분명합니다10,11. 그러나 S. pombe에는 외부 NADH 탈수소 효소 Nde1 및 내부 Ndi112 , 13 , 14 로 대체 될 수있는 복합체 I이 없습니다. S. pombe의 미토콘드리아 게놈은 복합체 III(Cob1)의 소단위, 복합체 IV의 3개 소단위(Cox1, Cox2, Cox3) 및 복합체 V의 3개 소단위(Atp6, Atp8, Atp9)를 암호화합니다15,16. 우리는 최근에 이러한 단백질의 발현 및 복합체 조립이 S. pombe에서 RNA helicase Mss116 (Δmss116)16 및 조립 인자 Shy1 (Δsh1)15의 결실에 의해 영향을 받는다고 보고했습니다. 이러한 방법을 사용하여 미토콘드리아 호흡 사슬에서 더 많은 유전자의 새로운 기능을 발견하는 것을 용이하게 하기 위해 여기에서는 S. pombe에서 미토콘드리아 호흡 사슬 단백질의 복합체 조립에 대한 발현 수준의 SDS-PAGE(SDS-PAGE) 분석 및 파란색 native-PAGE(BN-PAGE) 분석을 위한 자세한 프로토콜을 제공합니다.
S. pombe에서 미토콘드리아를 분리하는 근거는 S. cerevisiae17에 확립된 방법을 기반으로 합니다. 스페로플라스트는 먼저 효모 세포벽을 소화하여 준비됩니다. 그들은 기계적으로 균질화되고 미토콘드리아는 차동 원심분리18에 의해 분획됩니다. 그 후, 미토콘드리아 호흡 사슬 단백질은 SDS-PAGE 및 BN-PAGE에 따라 가용화되고 면역 블로트됩니다. BN-PAGE 기술은 원래 호흡 사슬 복합체 19,20,21과 같은 미토콘드리아 막 단백질의 분리를 위해 개발되었습니다. 온전한 복합체가 보존된 막 단백질은 약한 비이온성 세제에 의해 가용화되고 음이온 염료 Coomassie G-250에 의해 충전됩니다. 따라서, 단백질 복합체는 gradient native-PAGE gel22에서 질량에 따라 분리됩니다. 이 방법은 S. cerevisiae(23) 및 포유류 세포(24,25)에서 미토콘드리아 호흡 사슬 복합체를 연구하는 데 널리 사용되었습니다. 그러나 S. pombe 미토콘드리아에는 광범위하게 적용되지 않았습니다.
총체적으로, 여기에서는 미토콘드리아를 S. pombe 세포에서 분리하고 미토콘드리아 호흡 사슬 단백질에 SDS-PAGE 및 BN-PAGE를 투여한 후 면역 블로팅을 수행하는 방법을 제시합니다. 실험 순서도는 그림 1에 나와 있습니다. 고품질 미토콘드리아와 항체를 통해 S. pombe 에 기술된 이 방법은 다른 유기체에도 적용하여 미토콘드리아 호흡 사슬 단백질의 발현 및/또는 복합체 조립에서 기능을 가진 더 많은 유전자를 식별할 수 있습니다.
1. S. pombe spheroplasts의 준비
2. S. pombe spheroplasts의 기계적 균질화
3. 원심분리에 의한 S. pombe 미토콘드리아의 분리
4. 미토콘드리아 호흡 사슬 단백질의 SDS-PAGE 그리고 면역 블로팅
5. BN-PAGE를 위한 미토콘드리아 시료 준비
6. 미토콘드리아 호흡 사슬 복합체의 BN-PAGE 및 면역 블로팅
우리는 이전에 이 프로토콜을 사용하여 mtDNA로 인코딩된 호흡 사슬 단백질의 발현과 미토콘드리아 호흡 사슬 복합체의 조립에 대한 인간 SURF1의 S. pombe 상동체인 shy1의 결실의 영향을 조사했습니다. 우리는 Δshy1 균주에서 Cob1, Cox1, Cox2, Cox3 및 Atp6의 정상 상태 수준이 현저히 감소했음을 발견했으며(그림 3), 이는 Shy1이 mtDNA에...
본 연구에서는 S. pombe 미토콘드리아를 분리하고 SDS-PAGE 및 BN-PAGE를 수행하여 미토콘드리아 호흡 사슬 단백질의 발현 및 복합체 조립을 분석하기 위한 상세한 프로토콜을 제시합니다.
Co-IP(Co-Immunoprecipitation)는 단백질 복합체의 조립을 감지하는 데 일반적으로 사용되었습니다. 그러나 co-IP가 미토콘드리아 막 단백질의 조립을 감지하는 것은 어렵?...
우리는 이해 상충이 없습니다.
Ying Huang 박사님과 Ying Luo 박사님의 지원에 감사드립니다. 이 연구는 중국 국립자연과학재단(National Natural Science Foundation of China)의 보조금(32270048은 J. S.에게, 31900403은 G. F.에게)의 지원을 받았다.
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 |
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