Mitochondrial flashes: From indicator characterization to in vivo imaging.
Mitochondrial flashes: From indicator characterization to in vivo imaging.
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DOI：
10.1016/j.ymeth.2016.06.004
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发表时间：
2016-10-15
期刊：
影响因子：
4.8
通讯作者：
Cheng, Heping
中科院分区：
文献类型：
--
作者：
Wang, Wang;Zhang, Huiliang;Cheng, Heping
线粒体是真核细胞中负责能量产生和细胞内信号传导的重要细胞器，其功能障碍常常伴随并促成人类疾病。超氧化物是线粒体中产生的主要活性氧（ROS）。体内超氧化物的检测一直是生物医学研究中的一个挑战。在这里，我们描述了用于表征的方法循环排列的黄色荧光蛋白（cpYFP）作为线粒体超氧化物和pH动态的生物传感器。体外表征揭示了高选择性的cpYFP超氧化物超过其他ROS物种和其双重敏感性pH值。共聚焦和双光子成像结合转基因表达的生物传感器cpYFP的线粒体基质检测线粒体闪光事件在活细胞，灌注完整的心脏，和活的动物。线粒体闪光是由瞬时线粒体渗透性转换（tMPT）触发的离散和随机的单个线粒体事件，由突发的超氧化物信号和瞬时的碱化信号组成。单线粒体闪光的实时监测提供了一个独特的工具，研究在不同的生理和病理生理条件下的线粒体呼吸，活性氧产生，pH调节和tMPT动力学的综合动力学。
Mitochondrion is an organelle critically responsible for energy production and intracellular signaling in eukaryotic cells and its dysfunction often accompanies and contributes to human disease. Superoxide is the primary reactive oxygen species (ROS) produced in mitochondria. In vivo detection of superoxide has been a challenge in biomedical research. Here we describe the methods used to characterize a circularly permuted yellow fluorescent protein (cpYFP) as a biosensor for mitochondrial superoxide and pH dynamics. In vitro characterization reveals the high selectivity of cpYFP to superoxide over other ROS species and its dual sensitivity to pH. Confocal and two-photon imaging in conjunction with transgenic expression of the biosensor cpYFP to the mitochondrial matrix detects mitochondrial flash events in living cells, perfused intact hearts, and live animals. The mitochondrial flashes are discrete and stochastic single mitochondrial events triggered by transient mitochondrial permeability transition (tMPT) and composed of a bursting superoxide signal and a transient alkalization signal. The real-time monitoring of single mitochondrial flashes provides a unique tool to study the integrated dynamism of mitochondrial respiration, ROS production, pH regulation and tMPT kinetics under diverse physiological and pathophysiological conditions.
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