Diese Arbeit wurde durch die Fördernummer "PGC2018-095795-B-I00" des Ministerio de Ciencia e Innovación (https://ciencia.sede.gob.es/) und durch die Fördernummer "Grupo de Referencia: E35_17R" und die Fördernummer "LMP220_21" der Diputación General de Aragón (DGA) (https://www.aragon.es/) an PF-S und RM-L unterstützt.

Mitochondriale Fraktionierung in kleinen Gewebeproben für die superkomplexe Analyse

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	<li>Acin-Perez, R., Fernandez-Silva, P., Peleato, M. L., Perez-Martos, A., Enriquez, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Respiratory+active+mitochondrial+supercomplexes.">Respiratory active mitochondrial supercomplexes.</a> Mol Cell. 32 (4), 529-539 (2008).</li><li>Schagger, H., Pfeiffer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supercomplexes+in+the+respiratory+chains+of+yeast+and+mammalian+mitochondria.">Supercomplexes in the respiratory chains of yeast and mammalian mitochondria.</a> EMBO J. 19 (8), 1777-1783 (2000).</li><li>Schagger, H., Pfeiffer, K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+ratio+of+oxidative+phosphorylation+complexes+I-V+in+bovine+heart+mitochondria+and+the+composition+of+respiratory+chain+supercomplexes.">The ratio of oxidative phosphorylation complexes I-V in bovine heart mitochondria and the composition of respiratory chain supercomplexes.</a> J Biol Chem. 276 (41), 37861-37867 (2001).</li><li>Acin-Perez, R., Enriquez, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+function+of+the+respiratory+supercomplexes:+the+plasticity+model.">The function of the respiratory supercomplexes: the plasticity model.</a> Biochim Biophys Acta. 1837 (4), 444-450 (2014).</li><li>Cogliati, S., Cabrera-Alarcon, J. L., Enriquez, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+and+functional+role+of+the+electron+transport+chain+supercomplexes.">Regulation and functional role of the electron transport chain supercomplexes.</a> Biochem Soc Trans. 49 (6), 2655-2668 (2021).</li><li>Genova, M. L., Lenaz, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Functional+role+of+mitochondrial+respiratory+supercomplexes.">Functional role of mitochondrial respiratory supercomplexes.</a> Biochim Biophys Acta. 1837 (4), 427-443 (2014).</li><li>Kohler, A., Barrientos, A., Fontanesi, F., Ott, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+functional+significance+of+mitochondrial+respiratory+chain+supercomplexes.">The functional significance of mitochondrial respiratory chain supercomplexes.</a> EMBO Rep. 24 (11), e57092 (2023).</li><li>Lapuente-Brun, E., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supercomplex+assembly+determines+electron+flux+in+the+mitochondrial+electron+transport+chain.">Supercomplex assembly determines electron flux in the mitochondrial electron transport chain.</a> Science. 340 (6140), 1567-1570 (2013).</li><li>Milenkovic, D., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preserved+respiratory+chain+capacity+and+physiology+in+mice+with+profoundly+reduced+levels+of+mitochondrial+respirasomes.">Preserved respiratory chain capacity and physiology in mice with profoundly reduced levels of mitochondrial respirasomes.</a> Cell Metab. 35 (10), 1799-1813 (2023).</li><li>Vercellino, I., Sazanov, L. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+assembly,+regulation+and+function+of+the+mitochondrial+respiratory+chain.">The assembly, regulation and function of the mitochondrial respiratory chain.</a> Nat Rev Mol Cell Biol. 23 (2), 141-161 (2022).</li><li>Moreno-Loshuertos, R., Fern&#225;ndez-Silva, P., Ostojic, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Clinical Bioenergetics. , 3-60 (2021).</li><li>Fernandez-Vizarra, E., Ugalde, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cooperative+assembly+of+the+mitochondrial+respiratory+chain.">Cooperative assembly of the mitochondrial respiratory chain.</a> Trends Biochem Sci. 47 (12), 999-1008 (2022).</li><li>Javadov, S., Jang, S., Chapa-Dubocq, X. R., Khuchua, Z., Camara, A. K. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+respiratory+supercomplexes+in+mammalian+cells:+structural+versus+functional+role.">Mitochondrial respiratory supercomplexes in mammalian cells: structural versus functional role.</a> Journal of Molecular Medicine. 99 (1), 57-73 (2021).</li><li>Lopez-Fabuel, I., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Complex+I+assembly+into+supercomplexes+determines+differential+mitochondrial+ROS+production+in+neurons+and+astrocytes.">Complex I assembly into supercomplexes determines differential mitochondrial ROS production in neurons and astrocytes.</a> Proc Natl Acad Sci U S A. 113 (46), 13063-13068 (2016).</li><li>Mukherjee, S., Ghosh, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mechanism+of+mitochondrial+respiratory+chain+assembly+and+its+relation+to+mitochondrial+diseases.">Molecular mechanism of mitochondrial respiratory chain assembly and its relation to mitochondrial diseases.</a> Mitochondrion. 53, 1-20 (2020).</li><li>Nesci, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+and+supramolecular+structure+of+the+mitochondrial+oxidative+phosphorylation+system:+implications+for+pathology.">Molecular and supramolecular structure of the mitochondrial oxidative phosphorylation system: implications for pathology.</a> Life (Basel). 11 (3), 242 (2021).</li><li>Frenzel, M., Rommelspacher, H., Sugawa, M. D., Dencher, N. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Ageing+alters+the+supramolecular+architecture+of+OxPhos+complexes+in+rat+brain+cortex.">Ageing alters the supramolecular architecture of OxPhos complexes in rat brain cortex.</a> Exp Gerontol. 45 (7-8), 563-572 (2010).</li><li>Morant-Ferrando, B., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fatty+acid+oxidation+organizes+mitochondrial+supercomplexes+to+sustain+astrocytic+ROS+and+cognition.">Fatty acid oxidation organizes mitochondrial supercomplexes to sustain astrocytic ROS and cognition.</a> Nat Metab. 5 (8), 1290-1302 (2023).</li><li>McKenzie, M., Lazarou, M., Thorburn, D. R., Ryan, M. T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+respiratory+chain+supercomplexes+are+destabilized+in+Barth+Syndrome+patients.">Mitochondrial respiratory chain supercomplexes are destabilized in Barth Syndrome patients.</a> J Mol Biol. 361 (3), 462-469 (2006).</li><li>Rosca, M. G., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cardiac+mitochondria+in+heart+failure:+decrease+in+respirasomes+and+oxidative+phosphorylation.">Cardiac mitochondria in heart failure: decrease in respirasomes and oxidative phosphorylation.</a> Cardiovasc Res. 80 (1), 30-39 (2008).</li><li>Ramirez-Camacho, I., Garcia-Nino, W. R., Flores-Garcia, M., Pedraza-Chaverri, J., Zazueta, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Alteration+of+mitochondrial+supercomplexes+assembly+in+metabolic+diseases.">Alteration of mitochondrial supercomplexes assembly in metabolic diseases.</a> Biochim Biophys Acta Mol Basis Dis. 1866 (12), 165935 (2020).</li><li>Gonzalez-Rodriguez, P., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Disruption+of+mitochondrial+complex+I+induces+progressive+parkinsonism.">Disruption of mitochondrial complex I induces progressive parkinsonism.</a> Nature. 599 (7886), 650-656 (2021).</li><li>Novack, G. V., Galeano, P., Castano, E. M., Morelli, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+supercomplexes:+physiological+organization+and+dysregulation+in+age-related+neurodegenerative+disorders.">Mitochondrial supercomplexes: physiological organization and dysregulation in age-related neurodegenerative disorders.</a> Front Endocrinol (Lausanne). 11, 600 (2020).</li><li>Ramirez-Camacho, I., Flores-Herrera, O., Zazueta, C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+relevance+of+the+supramolecular+arrangements+of+the+respiratory+chain+complexes+in+human+diseases+and+aging.">The relevance of the supramolecular arrangements of the respiratory chain complexes in human diseases and aging.</a> Mitochondrion. 47, 266-272 (2019).</li><li>Hollinshead, K. E. R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Respiratory+Supercomplexes+Promote+Mitochondrial+Efficiency+and+Growth+in+Severely+Hypoxic+Pancreatic+Cancer.">Respiratory Supercomplexes Promote Mitochondrial Efficiency and Growth in Severely Hypoxic Pancreatic Cancer.</a> Cell Rep. 33 (1), 108231 (2020).</li><li>Ikeda, K., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+supercomplex+assembly+promotes+breast+and+endometrial+tumorigenesis+by+metabolic+alterations+and+enhanced+hypoxia+tolerance.">Mitochondrial supercomplex assembly promotes breast and endometrial tumorigenesis by metabolic alterations and enhanced hypoxia tolerance.</a> Nat Commun. 10 (1), 4108 (2019).</li><li>Kamada, S., Takeiwa, T., Ikeda, K., Horie, K., Inoue, S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Emerging+roles+of+COX7RP+and+mitochondrial+oxidative+phosphorylation+in+breast+cancer.">Emerging roles of COX7RP and mitochondrial oxidative phosphorylation in breast cancer.</a> Front Cell Dev Biol. 10, 717881 (2022).</li><li>Marco-Brualla, J., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mutations+in+the+ND2+subunit+of+mitochondrial+complex+I+are+sufficient+to+confer+increased+tumorigenic+and+metastatic+potential+to+cancer+cells.">Mutations in the ND2 subunit of mitochondrial complex I are sufficient to confer increased tumorigenic and metastatic potential to cancer cells.</a> Cancers (Basel). 11 (7), 1027 (2019).</li><li>Moreno-Loshuertos, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=How+hot+can+mitochondria+be?+Incubation+at+temperatures+above+43+degrees+C+induces+the+degradation+of+respiratory+complexes+and+supercomplexes+in+intact+cells+and+isolated+mitochondria.">How hot can mitochondria be? Incubation at temperatures above 43 degrees C induces the degradation of respiratory complexes and supercomplexes in intact cells and isolated mitochondria.</a> Mitochondrion. 69, 83-94 (2023).</li><li>Vonck, J., Schafer, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Supramolecular+organization+of+protein+complexes+in+the+mitochondrial+inner+membrane.">Supramolecular organization of protein complexes in the mitochondrial inner membrane.</a> Biochim Biophys Acta. 1793 (1), 117-124 (2009).</li><li>Althoff, T., Mills, D. J., Popot, J. L., Kuhlbrandt, W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Arrangement+of+electron+transport+chain+components+in+bovine+mitochondrial+supercomplex+I1III2IV1.">Arrangement of electron transport chain components in bovine mitochondrial supercomplex I1III2IV1.</a> EMBO J. 30 (22), 4652-4664 (2011).</li><li>Cogliati, S., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanism+of+super-assembly+of+respiratory+complexes+III+and+IV.">Mechanism of super-assembly of respiratory complexes III and IV.</a> Nature. 539 (7630), 579-582 (2016).</li><li>Gonzalez-Franquesa, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass-spectrometry-based+proteomics+reveals+mitochondrial+supercomplexome+plasticity.">Mass-spectrometry-based proteomics reveals mitochondrial supercomplexome plasticity.</a> Cell Rep. 35 (8), 109180 (2021).</li><li>Wittig, I., Schagger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Features+and+applications+of+blue-native+and+clear-native+electrophoresis.">Features and applications of blue-native and clear-native electrophoresis.</a> Proteomics. 8 (19), 3974-3990 (2008).</li><li>Wittig, I., Schagger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Native+electrophoretic+techniques+to+identify+protein-protein+interactions.">Native electrophoretic techniques to identify protein-protein interactions.</a> Proteomics. 9 (23), 5214-5223 (2009).</li><li>Garcia-Cazarin, M. L., Snider, N. N., Andrade, F. H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+isolation+from+skeletal+muscle.">Mitochondrial isolation from skeletal muscle.</a> J Vis Exp. (49), e2452 (2011).</li><li>Lai, N., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Isolation+of+mitochondrial+subpopulations+from+skeletal+muscle:+Optimizing+recovery+and+preserving+integrity.">Isolation of mitochondrial subpopulations from skeletal muscle: Optimizing recovery and preserving integrity.</a> Acta Physiol (Oxf). 225 (2), e13182 (2019).</li><li>Schagger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Native+electrophoresis+for+isolation+of+mitochondrial+oxidative+phosphorylation+protein+complexes.">Native electrophoresis for isolation of mitochondrial oxidative phosphorylation protein complexes.</a> Methods Enzymol. 260, 190-202 (1995).</li><li>Wittig, I., Braun, H. P., Schagger, H. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Blue+native+PAGE.">Blue native PAGE.</a> Nat Protoc. 1 (1), 418-428 (2006).</li><li>Chomyn, A., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Platelet-mediated+transformation+of+mtDNA-less+human+cells:+analysis+of+phenotypic+variability+among+clones+from+normal+individuals--and+complementation+behavior+of+the+tRNALys+mutation+causing+myoclonic+epilepsy+and+ragged+red+fibers.">Platelet-mediated transformation of mtDNA-less human cells: analysis of phenotypic variability among clones from normal individuals--and complementation behavior of the tRNALys mutation causing myoclonic epilepsy and ragged red fibers.</a> Am J Hum Genet. 54 (6), 966-974 (1994).</li><li>Moreno-Loshuertos, R., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differences+in+reactive+oxygen+species+production+explain+the+phenotypes+associated+with+common+mouse+mitochondrial+DNA+variants.">Differences in reactive oxygen species production explain the phenotypes associated with common mouse mitochondrial DNA variants.</a> Nat Genet. 38 (11), 1261-1268 (2006).</li><li>Fern&#225;ndez-Vizarra, E., Fern&#225;ndez-Silva, P., Enr&#237;quez, J. A., Celis, J. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Cell Biology (Third Edition). , 69-77 (2006).</li><li>Cogliati, S., Herranz, F., Ruiz-Cabello, J., Enr&#237;quez, J. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Digitonin+concentration+is+determinant+for+mitochondrial+supercomplexes+analysis+by+BlueNative+page.">Digitonin concentration is determinant for mitochondrial supercomplexes analysis by BlueNative page.</a> Biochim Biophys Acta Bioenerg. 1862 (1), 148332 (2021).</li></ol>

Die Autoren erklären, dass keine Interessenkonflikte bestehen.

Die methodischen Anpassungen, die in den hier beschriebenen Protokollen eingeführt wurden, zielen darauf ab, Verluste zu vermeiden und die Ausbeute zu erhöhen, während die Aktivitäten des mitochondrialen Komplexes erhalten bleiben (was entscheidend ist, wenn die Verfügbarkeit ausreichender Probenmengen beeinträchtigt ist) und das erwartete Muster von SCs des Gewebes oder der Zelllinie reproduziert wird (siehe Abbildung 2C). Zu diesem Zweck und da eine hohe mitochondriale Reinheit nicht...

Superkomplexe (SCs) sind supramolekulare Assoziationen zwischen einzelnen Komplexen der Atmungskette 1,2. Seit der erstmaligen Identifizierung von SCs und der Beschreibung ihrer Zusammensetzung durch die Gruppe von Schägger 2,3, die später von anderen Gruppen bestätigt wurde, wurde festgestellt, dass sie die respiratorischen Komplexe I, III und IV (CI, CIII bzw. CIV) in unterschiedlichen Stöchiometrien enthalten. Es können zwei Hauptpopulationen von SC definiert werden: solche, die CI enthalten (und entweder CIII allein oder CIII und CIV) und mit sehr hohem Molekulargewicht (MW, beginnend mit ~1,5 MDa für die kleinere SC: CI + CIII2) und solche, die CIII und CIV, aber nicht CI enthalten, mit viel kleinerer Größe (wie CIII2 + CIV mit ~680 kDa). Diese SCs koexistieren in der inneren Mitochondrienmembran mit freien Komplexen, ebenfalls in unterschiedlichen Anteilen. Während CI also hauptsächlich in seinen assoziierten Formen vorkommt (d. h. in SCs: ~80 % im Rinderherz und mehr als 90 % in vielen menschlichen Zelltypen)3, ist CIV in seiner freien Form sehr häufig (mehr als 80 % im Rinderherzen), wobei CIII eine ausgewogenere Verteilung aufweist (~40 % in seiner häufigeren freien Form, als Dimer, im Rinderherz).
Während ihre Existenz heute allgemein anerkannt ist, wird ihre genaue Rolle immer noch diskutiert 4,5,6,7,8,9,10. Nach dem Plastizitätsmodell können je nach Zelltyp oder Stoffwechselstatus unterschiedliche Anteile an SCs und einzelnen Komplexen existieren 1,7,11. Dieser dynamische Charakter der Anordnung würde es den Zellen ermöglichen, den Verbrauch verfügbarer Brennstoffe und die Effizienz des oxidativen Phosphorylierungssystems (OXPHOS) als Reaktion auf Umweltveränderungen zu regulieren 4,5,7. SCs könnten auch dazu beitragen, die Erzeugungsrate der reaktiven Sauerstoffspezies zu kontrollieren und an der Stabilisierung und dem Umsatz einzelner Komplexeteilzunehmen 4,12,13,14. Modifikationen des SC-Assemblierungsstatus wurden im Zusammenhang mit verschiedenen physiologischen und pathologischen Situationen15,16 und mit dem Alterungsprozess17 beschrieben.
So wurden Veränderungen in den SC-Mustern in Hefe in Abhängigkeit von der für das Wachstum verwendeten Kohlenstoffquellebeschrieben 2 und in kultivierten Säugetierzellen, wenn Glukose durch Galaktose substituiert wird4. Modifikationen wurden auch in der Leber von Mäusen nach dem Fasten berichtet8 und in Astrozyten, wenn die mitochondriale Fettsäureoxidation blockiert ist18. Darüber hinaus wurde eine Abnahme oder Veränderung von SCs und OXPHOS bei Barth-Syndrom19, Herzinsuffizienz20, mehreren metabolischen21 und neurologischen 22,23,24 Erkrankungen und verschiedenen Tumoren 25,26,27,28 festgestellt. Ob diese Veränderungen in der SC-Assemblierung und -Spiegel eine primäre Ursache oder sekundäre Effekte in diesen pathologischen Situationen darstellen, wird noch untersucht15,16. Unterschiedliche Methoden können Aufschluss über den Aufbau und die Funktion von SCs geben; Dazu gehören Aktivitätsmessungen 8,29, Ultrastrukturanalyse30,31 und Proteomik32,33. Eine nützliche Alternative, die zunehmend eingesetzt wird und den Ausgangspunkt für einige der zuvor genannten Methoden bildet, ist die direkte Bestimmung des SC-Assemblierungsstatus mittels Blue Native (BN) Elektrophorese, die zu diesem Zweck von Schäggers Gruppe34,35 entwickelt wurde.
Dieser Ansatz erfordert reproduzierbare und effiziente Verfahren zur Gewinnung und Solubilisierung von Mitochondrienmembranen und kann durch andere Techniken wie In-Gel-Aktivitätsanalyse (IGA), Second-Dimension-Elektrophorese und Western Blot (WB) ergänzt werden. Eine Einschränkung in den Untersuchungen zur SC-Dynamik mittels BN-Elektrophorese kann die Menge der Ausgangszellen oder Gewebeproben sein. Wir stellen eine Reihe von Protokollen für die Analyse der SC-Assemblierung und -Funktion vor, die von den Methoden der Schägger-Gruppe adaptiert wurden und auf frische oder gefrorene Zell- oder Gewebeproben ab nur 20 mg Gewebe angewendet werden können.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Acetic acid</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>131008</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Aminocaproic acid</td>
			<td>Fluka Analytical</td>
			<td>7260</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ATP</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A2383</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bis Tris</td>
			<td>Acrons Organics</td>
			<td>327721000</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bradford assay</td>
			<td>Biorad</td>
			<td>5000002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coomassie Blue G-250</td>
			<td>Serva</td>
			<td>17524</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coomassie Blue R-250</td>
			<td>Merck</td>
			<td>1125530025</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cytochrome c</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C2506</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Diamino&#160; benzidine (DAB)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D5637</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Digitonin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D5628</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>131669</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGTA</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>E3889</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Fatty acids free BSA</td>
			<td>Roche</td>
			<td>10775835001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glycine</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>A1067</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Homogenizer Teflon pestle</td>
			<td>Deltalab</td>
			<td>196102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Imidazole</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I2399</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>K2HPO4</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>121512</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KH2PO4</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>121509</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mannitol</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M4125</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Methanol</td>
			<td>Labkem</td>
			<td>MTOL-P0P</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgSO4</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>131404</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mini Trans-Blot Cell</td>
			<td>BioRad</td>
			<td>1703930</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MOPS</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M1254</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MTCO1 Monoclonal Antibody</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>459600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NaCl</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S9888</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NADH</td>
			<td>Roche</td>
			<td>10107735001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NativePAGE 3 to 12% Mini Protein Gels</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>BN1001BOX</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NativePAGE Cathode Buffer Additive (20x)</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>BN2002</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NativePAGE Running Buffer (20x)&#160;</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>BN2001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>NDUFA9 Monoclonal Antibody</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>459100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nitroblue tetrazolium salt (NBT)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>N6876</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pb(NO3)2</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>228621</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PDVF Membrane</td>
			<td>Amersham</td>
			<td>10600023</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Phenazine methasulfate (PMS)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P9625</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pierce ECL Substrate</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>32106</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>PMSF</td>
			<td>Merck</td>
			<td>PMSF-RO</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>SDHA Monoclonal Antibody</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>459200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium succinate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S2378</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Streptomycin/penicillin</td>
			<td>PAN biotech</td>
			<td>P06-07100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S3089</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris</td>
			<td>PanReac</td>
			<td>A2264</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>UQCRC1 Monoclonal Antibody</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>459140</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>XCell&#160;SureLock Mini-Cell</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>&#160;EI0001</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

isolation of mitochondria for mitochondrial supercomplex analysis from small tissue and cell culture samples

In den letzten Jahrzehnten haben die gesammelten Beweise für die Existenz von respiratorischen Superkomplexen (SCs) unser Verständnis der Organisation der mitochondrialen Elektronentransportkette verändert, was zu dem Vorschlag des "Plastizitätsmodells" führte. Dieses Modell postuliert die Koexistenz unterschiedlicher Anteile von SCs und Komplexen in Abhängigkeit vom Gewebe bzw. dem zellulären Stoffwechselstatus. Die dynamische Natur der Anordnung in SCs würde es den Zellen ermöglichen, die Nutzung der verfügbaren Brennstoffe und die Effizienz des Elektronentransfers zu optimieren, die Erzeugung reaktiver Sauerstoffspezies zu minimieren und die Fähigkeit der Zellen zur Anpassung an Umweltveränderungen zu begünstigen. 
In jüngerer Zeit wurden Anomalien in der SC-Assemblierung bei verschiedenen Krankheiten wie neurodegenerativen Erkrankungen (Alzheimer und Parkinson), Barth-Syndrom, Leigh-Syndrom oder Krebs berichtet. Die Rolle von Veränderungen der SC-Assemblierung bei der Krankheitsprogression muss noch bestätigt werden. Dennoch ist die Verfügbarkeit ausreichender Mengen an Proben zur Bestimmung des SC-Montagestatus oft eine Herausforderung. Dies geschieht bei Biopsie- oder Gewebeproben, die klein sind oder für mehrere Analysen geteilt werden müssen, bei Zellkulturen, die ein langsames Wachstum aufweisen oder aus mikrofluidischen Geräten stammen, bei einigen Primärkulturen oder seltenen Zellen, oder wenn die Wirkung bestimmter kostspieliger Behandlungen analysiert werden muss (mit Nanopartikeln, sehr teuren Verbindungen usw.). In diesen Fällen ist eine effiziente und einfach anzuwendende Methode erforderlich. In dieser Arbeit wird ein Verfahren vorgestellt, das geeignet ist, angereicherte mitochondriale Fraktionen aus kleinen Mengen von Zellen oder Geweben zu erhalten, um die Struktur und Funktion mitochondrialer SCs durch native Elektrophorese zu analysieren, gefolgt von In-Gel-Aktivitätsassays oder Western Blot.

Supercomplexes (SCs) are supramolecular associations between individual respiratory chain complexes1,2. Since the initial identification of SCs and the description of their composition by the group of Sch&#228;gger2,3, later confirmed by other groups, it was established that they contain respiratory complexes I, III, and IV (CI, CIII, and CIV, respectively) in different stoichiometries. Two main populations of SCs can be defined, those containing CI (and either CIII alone or CIII and CIV) and with very high molecular weight (MW, starting ~1.5 MDa for the smaller SC: CI + CIII2) and those containing CIII and CIV but not CI, with much smaller size (such as CIII2 + CIV with ~680 kDa). These SCs coexist in the inner mitochondrial membrane with free complexes, also in different proportions. Thus, while CI is mostly found in its associated forms (that is, in SCs: ~80% in bovine heart and more than 90% in many human cell types)3, CIV is very abundant in its free form (more than 80% in bovine heart), with CIII showing a more balanced distribution (~40% in its more abundant free form, as a dimer, in bovine heart).
While their existence is now generally accepted, their precise role is still under debate4,5,6,7,8,9,10. According to the plasticity model, different proportions of SCs and individual complexes can exist depending on the cell type or the metabolic status1,7,11. This dynamic nature of the assembly would allow cells to regulate the use of available fuels and the efficiency of the oxidative phosphorylation (OXPHOS) system in response to environmental changes4,5,7. SCs could also contribute to control the reactive oxygen species generation rate and participate in the stabilization and turnover of individual complexes4,12,13,14. Modifications of the SC assembly status have been described in association with different physiological and pathological situations15,16 and with the aging process17.
Thus, changes in the SC patterns have been described in yeast depending on the carbon source used for growth2&#160;and in cultured mammalian cells when glucose is substituted by galactose4. Modifications have also been reported in mouse liver after fasting8 and in astrocytes when mitochondrial fatty acid oxidation is blocked18. In addition, a decrease or alterations in SCs and OXPHOS have been found in Barth syndrome19, heart failure20, several metabolic21 and neurological22,23,24 disorders, and different tumors25,26,27,28. Whether these alterations in SC assembly and levels are a primary cause or represent secondary effects in these pathological situations is still under investigation15,16. Different methodologies can give information about the assembly and function of SCs; these include activity measurements8,29, ultrastructural analysis30,31, and proteomics32,33. A useful alternative that is increasingly being employed and is the starting point for some of the previously mentioned methodologies is the direct determination of SC assembly status by Blue native (BN) electrophoresis developed for this purpose by Sch&#228;gger&#39;s group34,35.
This approach requires reproducible and efficient procedures to obtain and solubilize mitochondrial membranes and can be complemented by other techniques such as in-gel activity analysis (IGA), second-dimension electrophoresis, and western blot (WB). A limitation in the studies on SC dynamics by BN electrophoresis can be the amount of starting cells or tissue samples. We present a series of protocols for the analysis of SC assembly and function, adapted from Sch&#228;gger&#39;s group methods, that can be applied to fresh or frozen cell or tissue samples starting from as little as 20 mg of tissue.

Autor im Rampenlicht: Enthüllung der Dynamik des oxidativen Phosphorylierungssystems und der mitochondrialen Rolle bei Gesundheit und Krankheit

Isolierung von Mitochondrien für die mitochondriale Superkomplexanalyse aus kleinen Gewebe- und Zellkulturproben 

Die Ausbeuten an Mitochondrien, die nach den oben beschriebenen Protokollen erhalten werden, variieren in Abhängigkeit von mehreren Faktoren, wie z. B. der Zelllinie oder dem Gewebetyp, der Art der Proben (d. h. ob frisches oder gefrorenes Gewebe verwendet wird) oder der Effizienz des Homogenisierungsprozesses. Die erwarteten Erträge an Mitochondrien aus verschiedenen Zelllinien und Geweben sind in Tabelle 2 aufgeführt. Sobald die mitochondrialen Fraktionen erhalten wurden, ist der nächste Schritt di...

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Dieses Protokoll beschreibt eine Technik zur Analyse von respiratorischen Superkomplexen, wenn nur geringe Mengen an Proben zur Verfügung stehen.

Over the last decades, the evidence accumulated about the existence of respiratory supercomplexes (SCs) has changed our understanding of the mitochondrial ...

Unsere Forschung konzentriert sich auf ein besseres Verständnis der mitochondrialen Biogenese, insbesondere der Organisation und Regulation des OXPHOS-Systems, sowie auf die Definition der Rolle, die Mitochondrien bei Krankheiten von Krebs bis hin zu neurodegenerativen Erkrankungen spielen. Mitochondrien spielen mehrere und wesentliche Rollen in der Zelle und beeinflussen ihren gesamten Stoffwechsel und ihr Überleben. Wir erweitern langsam unser Wissen über die mitochondriale Komplexität und ihren Beitrag zu den Zellanpassungsmechanismen bei Gesundheit und Krankheit.Wir haben dazu beigetragen, ein neues Organisationsmodell für das OXPHOS-System zu etablieren, das Plastizitätsmodell, das frühere Vorschläge integriert und die Koexistenz von Superkomplexen und freien Komplexen in unterschiedlichen Anteilen vorausgeht, um seine Funktion zu optimieren und zelluläre Anpassungen zu ermöglichen. Unser Protokoll ermöglicht es, ausgehend von kleinen Geweben oder Zellkulturproben genügend mitochondriale Proteinmengen zu erhalten, um die Assemblierung, den Status und die Funktion von Superkomplexen durch blaue native Elektrophorese oder andere Techniken zu analysieren. Dies können wir in kurzer Zeit mit einer einfachen Ausrüstung und relativ geringen Kosten reproduzierbar tun.

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Research

JoVE Journal

Biochemistry

Isolation of Mitochondria for Mitochondrial Supercomplex Analysis from Small Tissue and Cell Culture Samples

718 Aufrufe.  University of Zaragoza. Unsere Forschung konzentriert sich auf ein besseres Verständnis der mitochondrialen Biogenese, insbesondere der Organisation und Regulation des OXPHOS-Systems, sowie auf die Definition der Rolle, die Mitochondrien bei Krankheiten von Krebs bis hin zu neurodegenerativen Erkrankungen spielen. Mitochondrien spielen mehrere und wesentliche Rollen in der Zelle und beeinflussen ihren gesamten Stoffwechsel und ihr Überleben. Wir erweitern langsam unser Wissen über die mitochondriale Komplexität ...

Serie: Autor im Rampenlicht: Enthüllung der Dynamik des oxidativen Phosphorylierungssystems und der mitochondrialen Rolle bei Gesundheit und Krankheit

Over the last decades, the evidence accumulated about the existence of respiratory supercomplexes (SCs) has changed our understanding of the mitochondrial electron transport chain organization, giving rise to the proposal of the "plasticity model." This model postulates the coexistence of different proportions of SCs and complexes depending on the tissue or the cellular metabolic status. The dynamic nature of the assembly in SCs would allow cells to optimize the use of available fuels and the efficiency of electron transfer, minimizing reactive oxygen species generation and favoring the ability of cells to adapt to environmental changes. 
More recently, abnormalities in SC assembly have been reported in different diseases such as neurodegenerative disorders (Alzheimer's and Parkinson's disease), Barth Syndrome, Leigh syndrome, or cancer. The role of SC assembly alterations in disease progression still needs to be confirmed. Nevertheless, the availability of enough amounts of samples to determine the SC assembly status is often a challenge. This happens with biopsy or tissue samples that are small or have to be divided for multiple analyses, with cell cultures that have slow growth or come from microfluidic devices, with some primary cultures or rare cells, or when the effect of particular costly treatments has to be analyzed (with nanoparticles, very expensive compounds, etc.). In these cases, an efficient and easy-to-apply method is required. This paper presents a method adapted to obtain enriched mitochondrial fractions from small amounts of cells or tissues to analyze the structure and function of mitochondrial SCs by native electrophoresis followed by in-gel activity assays or western blot.

This protocol describes a technique for the analysis of respiratory supercomplexes when only small amounts of samples are available.