Flow cytometry assessment of mitochondrial indices in CD4+T cells from peripheral blood

Cover Page

Cite item

Full Text

Abstract

Mitochondria play a key role in the vital functions of the cell, i.e., energy production, metabolism, respiration, generation of reactive oxygen species, cell division and death. Impairment of these mitochondrial functions is associated with emergence of various diseases. Their amounts and membrane potential are important indices of the mitochondrial condition. To assess these parameters, various fluorochrome-labeled probes are used, which are detectable by flow cytometry. The opportunity of using fluorescent mitochondrial dyes, together with labeled monoclonal antibodies, opens up new prospects for studying the metabolic parameters in various immune cells. The aim of the present study was to assess the mitochondrial state in CD4+T lymphocytes by flow cytometry. To search for the differences in mitochondrial indexes, a group of HIV-infected patients receiving antiretroviral therapy (n = 21) and healthy volunteers (n = 23) were compared. Mononuclear cells isolated from peripheral blood were under the study. Using flow cytometry and commercial mitochondria-selective dyes MitoTracker Green and MitoTracker Orange, we determined, respectively, the mitochondrial mass and membrane charge in the total CD4+T lymphocyte pool, as well as in the naive and memory cell subsets. It has been shown that the mitochondrial mass and charge in naive CD4+T lymphocytes are lower than in memory cells, both in HIV-infected and uninfected subjects. Moreover, we have established that the HIV-infected patients have an increased mitochondrial mass in total CD4+T lymphocyte pool and in their memory cell subset, as compared with healthy donors. That increase, however, was not accompanied by the higher membrane charge. Thus, the analysis of mitochondrial mass and membrane potential using flow cytometry and MitoTracker Green/MitoTracker Orange dyes is relatively easy, fast, and informative for preliminary assessment of the mitochondrial state.

About the authors

Larisa B. Korolevskaya

Institute of Ecology and Genetic of Microorganisms, Perm Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Author for correspondence.
Email: bioqueen@mail.ru
ORCID iD: 0000-0001-9840-7578

PhD (Medicine), Research Associate, Laboratory of Ecological Immunology

Russian Federation, 13, Golev str., Perm, 614081

Evgeniya V. Saidakova

Institute of Ecology and Genetic of Microorganisms, Perm Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: radimira@list.ru
ORCID iD: 0000-0002-4342-5362
Scopus Author ID: 54882274000
ResearcherId: C-8333-2015

PhD, MD (Biology), Head, Laboratory of Molecular Immunology

Russian Federation, 13, Golev str., Perm, 614081

Konstantin V. Shmagel

Institute of Ecology and Genetic of Microorganisms, Perm Federal Research Center, Ural Branch, Russian Academy of Sciences

Email: shmagel@iegm.ru
ORCID iD: 0000-0001-6355-6178

PhD, MD (Medicine), Head, Laboratory of Ecological Immunology

Russian Federation, 13, Golev str., Perm, 614081

References

  1. Annesley S.J., Fisher P.R. Mitochondria in health and disease. Cells, 2019, Vol. 8, no. 7, pp. 680-687.
  2. Breda C.N.S., Davanzo G.G., Basso P.J., Saraiva Camara N.O., Moraes-Vieira P.M.M. Mitochondria as central hub of the immune system. Redox Biol., 2019, Vol. 26, pp. 101255-101272.
  3. Campos C.B., Paim B.A., Cosso R.G., Castilho R.F., Rottenberg H., Vercesi A.E. Method for monitoring of mitochondrial cytochrome c release during cell death: Immunodetection of cytochrome c by flow cytometry after selective permeabilization of the plasma membrane. Cytometry A, 2006, Vol. 69, no. 6, pp. 515-523.
  4. Cottet-Rousselle C., Ronot X., Leverve X., Mayol J.F. Cytometric assessment of mitochondria using fluorescent probes. Cytometry A, 2011, Vol. 79, no. 6, pp. 405-425.
  5. Dimeloe S., Frick C., Fischer M., Gubser P.M., Razik L., Bantug G.R., Ravon M., Langenkamp A., Hess C. Human regulatory T cells lack the cyclophosphamide-extruding transporter ABCB1 and are more susceptible to cyclophosphamide-induced apoptosis. Eur. J. Immunol., 2014, Vol. 44, no. 12, pp. 3614-3620.
  6. Fan H.H., Tsai T.L., Dzhagalov I.L., Hsu C.L. Evaluation of mitochondria content and function in live cells by multicolor flow cytometric analysis. Methods Mol. Biol., 2021, Vol. 2276, pp. 203-213.
  7. Kauffman M.E., Kauffman M.K., Traore K., Zhu H., Trush M.A., Jia Z., Li Y.R. MitoSOX-based flow cytometry for detecting mitochondrial ROS. React. Oxyg. Species (Apex), 2016, Vol. 2, no. 5, pp. 361-370.
  8. Masson J.J.R., Murphy A.J., Lee M.K.S., Ostrowski M., Crowe S.M., Palmer C.S. Assessment of metabolic and mitochondrial dynamics in CD4+ and CD8+ T cells in virologically suppressed HIV-positive individuals on combination antiretroviral therapy. PLoS One, 2017, Vol. 12, no. 8, e0183931. doi: 10.1371/journal.pone.0183931.
  9. Perry C.G.R., Hawley J.A. Molecular basis of exercise-induced skeletal muscle mitochondrial biogenesis: historical advances, current knowledge, and future challenges. Cold Spring Harb. Perspect. Med., 2018, Vol. 8, no. 9, a029686. doi: 10.1101/cshperspect.a029686
  10. Perry S.W., Norman J.P., Barbieri J., Brown E.B., Gelbard H.A. Mitochondrial membrane potential probes and the proton gradient: a practical usage guide. Biotechniques, 2011, Vol. 50, no. 2, pp. 98-115.
  11. Presley A.D., Fuller K.M., Arriaga E.A. MitoTracker Green labeling of mitochondrial proteins and their subsequent analysis by capillary electrophoresis with laser-induced fluorescence detection. J. Chromatogr. B Analyt. Technol. Biomed. Life Sci, 2003, Vol. 793, no. 1, pp. 141-150.
  12. Solaini G., Sgarbi G., Lenaz G., Baracca A. Evaluating mitochondrial membrane potential in cells. Biosci. Rep., 2007, Vol. 27, no. 1-3, pp. 11-21.
  13. Sun H., Li X. Metabolic reprogramming in resting and activated immune cells. Metabolomics (Los Angel.), 2017, Vol. 7, no. 1, pp. 188-194.
  14. Yu F., Hao Y., Zhao H., Xiao J., Han N., Zhang Y., Dai G., Chong X., Zeng H., Zhang F. Distinct mitochondrial disturbance in CD4+T and CD8+T cells from HIV-infected patients. J. Acquir. Immune Defic. Syndr., 2017, Vol. 74, no. 2, pp. 206-212.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2. Figure 1. Assessment of mitochondrial transmembrane potential in CD4+T cells using the MitoTracker Orange dye. Note. The x-axis shows the comparison groups: HIV-infected (HIV+) and uninfected (HIV-) subjects. The y-axis shows the median fluorescence intensity (MFI: Median Fluorescence Intensity) of MitoTracker Orange in cells with functionally active mitochondria. Medians (horizontal lines within boxes), interquartile ranges (boxes), and 10-90% ranges (vertical bars) are shown. Statistical calculations were made using the Mann–Whitney method.

Download (106KB)
3. Figure 2. Study of mitochondrial mass in CD4+T lymphocytes using MitoTracker Green dye. Note. The x-axis shows the comparison groups: HIV-infected (HIV+) and uninfected (HIV-) subjects. The y-axis shows the median fluorescence intensity (MFI: Median Fluorescence Intensity) of MitoTracker Green in cells containing the dye in the mitochondrial matrix. Medians (horizontal lines within boxes), interquartile ranges (boxes), and 10-90% ranges (vertical bars) are shown. *, p < 0.05; **, p < 0.01 (Mann–Whitney U test).

Download (104KB)

Copyright (c) 2022 Korolevskaya L.B., Saidakova E.V., Shmagel K.V.

Creative Commons License
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».