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Mehrere Zelltypen in der Netzhaut, darunter Endothelzellen, Neuronen und Gliazellen, exprimieren Glukosetransporter (GLUTs), um die Glukoseaufnahme in die Zellen zu ermöglichen. Unter Verwendung von ex vivo neuraler Netzhaut der Maus und dem fluoreszierenden Glukoseanalogon 6-NBDG beschreiben wir eine relativ schnelle und kostengünstige Methode zur Messung der Glukoseaufnahme in der gesamten Mausnetzhaut.
Die Netzhaut ist ein hochgradig metabolisches Gewebe mit mehreren Zelltypen, das Glukose und ihre Derivate benötigt, um Energie in Form von ATP zu produzieren. Netzhautzellen, einschließlich Endothelzellen, Neuronen, Photorezeptoren und Gliazellen, exprimieren Glukosetransporter (GLUTs; z. B. GLUT1-4), um die Aufnahme von Glukose für die Energieproduktion zu ermöglichen. GLUT1 ist der am häufigsten exprimierte Glukosetransporter in der Netzhaut. Dieses Protokoll ermöglicht es den Forschern, die Aufnahme von Glukose in der neuralen Netzhaut von Mäusen unter ex vivo-Bedingungen mit dem fluoreszierenden Glukoseanalogon 6-(N-(7-Nitrobenz-2-oxa-1,3-diazol-4-yl)amino)-6-Desoxyglucose (6-NBDG) zu messen. Nach der Netzhautdissektion können die gesamtretinalen 6-NBDG-Spiegel einfach über eine Fluoreszenzendpunktmessung mit einem Plattenleser bestimmt werden. Aus Gründen der Konsistenz empfehlen wir, die Ergebnisse auf den Gesamtproteingehalt zu normalisieren. Obwohl 6-NBDG hochspezifisch für GLUT1 ist, wird die Aufnahme dieses Analogons in Gegenwart des GLUT1-Inhibitors BAY-876 nachgewiesen. Damit bietet dieser Assay eine relativ schnelle und kostengünstige Methode zur Messung der Glukoseaufnahme ex vivo in der gesamten neuralen Netzhaut der Maus, die teilweise durch GLUT1 vermittelt wird.
Glukose ist ein essentieller Metabolit für die neuronale Netzhaut, wo sie verwendet wird, um hohe Glykolyseraten und mitochondriale Atmung zu fördern, um Energie in Form von Adenosintriphosphat (ATP) zu erzeugen1. Da Glukose das bevorzugte Energiesubstrat ist, exprimieren viele Netzhautzellen Glukosetransporter (GLUTs), um die Aufnahme von Glukose aus dem Gefäßsystem und dem umgebenden Gewebe zu erleichtern2. GLUTs umfassen eine Familie von intrinsischen Membranglykoproteinen, die für den Glukosetransport in Säugetierzellen verantwortlich sind3. Der GLUT-Transporter-1 (GLUT1) ist der primäre Glukosetransporter in der Netzhaut, der in den Netzhautschichtenexprimiert wird 4 und von den Kapillarendothelzellen, die die Blut-Netzhaut-Schranke (BRB) bilden5. Interessanterweise geht bei neurodegenerativen Erkrankungen des Zentralnervensystems (ZNS), einschließlich der Alzheimer-Krankheit, eine Verringerung des GLUT1-Proteinspiegels und der Glukoseaufnahme der Hirnatrophie und der neuronalen Dysfunktion beim Menschen voraus 6,7. In einem Rattenmodell für okuläre Hypertonie wurden auch in den Kapillaren niedrigere GLUT1-Spiegel beobachtet8. Ein verminderter Transport von Glukose in die äußere Netzhaut ist mit dem Verlust von Photorezeptoren in Tiermodellen der menschlichen Retinitis pigmentosa verbunden und kann auch eine Rolle bei der retinalen Neurodegeneration spielen, wie sie beim Glaukom beobachtet wurde. Daher ist ein Verständnis des Glukosetransports in der neuronalen Netzhaut erforderlich, um seine Rolle bei der retinalen Neurodegeneration zu belegen.
Hier beschreiben wir eine neuartige, kostengünstige und unkomplizierte biochemische Methode zur Messung der 6-NBDG-Aufnahme in ex vivo muriner neuraler Netzhaut, d.h. unter Ausschluss von retinalem pigmentiertem Epithel und Aderhaut. Im Vergleich zu anderen fluoreszierenden Analoga wie 2-NBDG besteht 6-NBDG aus einer Glukoseeinheit, auf der eine fluoreszierende Nitrobenzoxydiazoaminogruppe die Hydroxylgruppe an Kohlenstoff 6 ersetzt, wodurch die Phosphorylierung durch Hexokinase und ein weiterer metabolischer Abbau verhindertwerden 9. Obwohl 6-NBDG eine hohe Spezifität für GLUT1 aufweist, mit einer 300-mal höheren Bindungsaffinität als Glucose9, weisen wir die Aufnahme dieses Analogons in Gegenwart von GLUT1-Inhibitoren10 nach. Damit bietet dieser Assay eine relativ schnelle und kostengünstige Methode zur Messung der Glukoseaufnahme ex vivo in der gesamten Mausnetzhaut, die teilweise GLUT1-vermittelt ist.
Die Messung der Glukoseaufnahme im Gewebe in Echtzeit ist eine Herausforderung und erfordert oft eine Radioisotopenmarkierung oder hochauflösende bildgebende Verfahren. Hier verwenden wir einen fluoreszierenden biochemischen Assay, um die 6-NBDG-Aufnahme über mehrere Netzhautproben unter ex vivo-Bedingungen schnell zu bestimmen. Das Protokoll liefert Informationen über die Gesamtglukoseaufnahme der Netzhaut; sie liefert keine Informationen über die netzhautzellspezifischen Niveaus der 6-NBDG-Aufnahme.
Alle hier beschriebenen Methoden wurden vom Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) des Vanderbilt University Medical Center zugelassen.
1. Vorbereitung für den Assay
HINWEIS: Die Vorbereitung sollte am Tag des Assays unmittelbar vor der Durchführung des Assays durchgeführt werden. Dies ist aufgrund der zeitkritischen Natur des Protokolls notwendig.
2. Durchführung des 6-NBDG-Aufnahmeassays
HINWEIS: In Abbildung 2 finden Sie eine Schritt-für-Schritt-Übersicht.
Abbildung 4 zeigt repräsentative Glukosefluoreszenzmessungen aus der Netzhaut von WT-Mäusen, die über verschiedene Zeiträume mit 6-NBDG inkubiert wurden. Nach 30 Minuten Inkubation betrugen die 6-NBDG-Spiegel durchschnittlich 336 ± 27,91 AE, während nach 60 Minuten die 6-NBDG-Spiegel auf durchschnittlich 616,3 ± 8,38 AE anstiegen. Eine weitere Inkubation von 30 Minuten führte zu einem reduzierten Gehalt an 6-NBDG (506,4 ± 5,3 AE). Bei 60 min war die...
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass die beschriebene Methode es Grundlagenforschern ermöglicht, die Aufnahme des fluoreszierenden Glukoseanalogons 6-NBDG in ex vivo neuralen Netzhäuten von Mäusen zu messen. Glukose ist ein essentieller Metabolit für die neuronale Netzhaut, seine Aufnahme unterstützt die hohen Raten der Glykolyse und der mitochondrialen Atmung, die zur Energieerzeugung in Form von Adenosintriphosphat (ATP)1 erforderlich sind. Da G...
Die Autoren haben nichts offenzulegen.
Diese Arbeit wurde durch uneingeschränkte Abteilungsmittel finanziert, die Lauren K. Wareham zur Verfügung gestellt wurden.
Name | Company | Catalog Number | Comments |
# 5 forceps | Katena | K5-6550 | Used for retina dissection |
1.5 mL microcentrifuge tubes | Thermo Fisher Scientific | 05-408-129 | |
26 G x 5/8" needle | sol-M | 112658 | Used to puncture cornea during dissection |
5 mL tubes | MTC bio | c2540 | |
50 mL tubes | Avantor by VWR | 89039-656 | |
6-NBDG | Invitrogen | N23106 | Fluorescent gucose analog |
96 well plates black with clear bottom | Thermo Fisher Scientific | 265301 | |
Anesthetic Charcoal Filter Cannister | ReFresh | EZ-258 | Used in anesthesia set up |
BAY-876 | Millipore Sigma | SML1774 | For inhibition of GLUT1. |
Centrifuge at 4 °C | Eppendorf | EPP-5424 | |
Compressed gas (5% carbon dioxide, 95% oxygen) | Airgas | UN3156 | Used in anesthesia set up |
curved forceps | Roboz surgical instrument | RS-5137 | Used for retina dissection |
DDH2O | Elga LabWater | Elga PureLab Ultra | Used after ethanol to clean sonicator in between samples |
Dissecting microscope | Olympus | szX12 | Used for retina dissection |
Ethanol 200 proof | Decon laboratories | 2701 | To be used to clean sonicator in between samples |
Foam floating tube rack | Thermo Fisher Scientific | 36-099-2328 | For tubes during incubation in water bath steps |
General scissors | Roboz surgical instrument | RS-680 | Used for retina dissection |
Isoflurane 250 mL bottle | Piramal critical care | NDC 6679401725 | Anesthesia |
Isoflurane equipment | Vetequip sold by VWR | 89012-492 | Used to anesthetize prior to euthanasia |
Kim wipes | VWR | 82003-820 | |
Microplate reader | Molecular devices | SpectraMax M2 microplate reader | Used to read sample |
Neurobasal- A media | Gibco | 12349-015 | |
Nose cone (low profile anesthesia mask) | Kent Scientific | SOMNO-0801 | Used to deliver ansethesia |
Objective on dissecting microscope | Olympus | DF plapo 1x pf | Used for retina dissection |
Petri dish | VWR | 25384-088 | Used during retina dissection |
Pierce assay reagent | Thermo Fisher Scientific | 1861426 | |
Pipette tips P20 | Olympus Plastics | 26-404 | |
Pipette tips P200, P1000, P10 XL | VWR | 76322-150, 76322-154, 76322-132 | |
Pipetteman pipettes P200, P1000, P20, P10 | VWR | F144055M, F144056M, F144058M, F144059M | |
SoftMax Pro software on computer | Molecular devices | SoftMax Pro 7 software | Software used to read sample |
Sonic dismembrator | Thermo Fisher Scientific | FB50110 | Sonicate sample (retina) |
Transfer pipettes | Fisherbrand | 13-711-9AM | Used to transfer retina from one tube to another |
Vannas spring scissors | Katena | K4-5000 | Used for retina dissection |
Water bath set to 37 °C | N/A | N/A | Used for incubation |
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