JoVE Logo
Authors
Contact Us

Sign In

A subscription to JoVE is required to view this content. Sign in or start your free trial.

In This Article

  • Summary
  • Abstract
  • Introduction
  • Protocol
  • תוצאות
  • Discussion
  • Disclosures
  • Acknowledgements
  • Materials
  • References
  • Reprints and Permissions

Summary

נשימה ברזולוציה גבוהה המוצמדת לחיישנים פלואורסצנטיים קובעת את צריכת החמצן המיטוכונדריה ואת ייצור מיני החמצן הריאקטיבי (ROS). הפרוטוקול הנוכחי מתאר טכניקה להערכת שיעורי הנשימה המיטוכונדריאליים וייצור ROS בעצב הסיאטי החודר.

Abstract

תפקוד לקוי של המיטוכונדריה בעצבים היקפיים מלווה מספר מחלות הקשורות לנוירופתיה היקפית, אשר יכולות להיות מופעלות על ידי גורמים מרובים, כולל מחלות אוטואימוניות, סוכרת, זיהומים, הפרעות תורשתיות וגידולים. הערכת תפקוד המיטוכונדריה בעצבים ההיקפיים של העכבר יכולה להיות מאתגרת בשל גודל המדגם הקטן, מספר מוגבל של מיטוכונדריה הנמצאת ברקמה, ונוכחותו של נדן מיאלין. הטכניקה המתוארת בעבודה זו ממזערת את האתגרים הללו על ידי שימוש בפרוטוקול חדירה ייחודי המותאם מאחד המשמש לסיבי שריר, כדי להעריך את תפקוד המיטוכונדריה העצבית הסיאטית במקום לבודד את המיטוכונדריה מהרקמה. על ידי מדידת ייצור מינים תגובתיים פלואורימטריים עם Amplex Red/Peroxidase והשוואת מצעים ומעכבים מיטוכונדריאליים שונים בעצבים מחלחלים של סאפונין, ניתן היה לזהות מצבי נשימה מיטוכונדריאליים, מיני חמצן תגובתי (ROS) ופעילות של קומפלקסים מיטוכונדריאליים בו זמנית. לכן, השיטה המוצגת כאן מציעה יתרונות בהשוואה להערכת תפקוד המיטוכונדריה על ידי טכניקות אחרות.

Introduction

המיטוכונדריה חיונית לשמירה על כדאיות התאים ומבצעת תפקודים תאיים רבים כגון חילוף חומרים של אנרגיה (גלוקוז, חומצת אמינו, שומנים ומסלולי חילוף חומרים של נוקלאוטידים). כאתר העיקרי לייצור מיני חמצן תגובתי (ROS), המיטוכונדריה היא מרכזית במספר תהליכי איתות תאיים כגון אפופטוזיס ומשתתפת בסינתזה של צבירי ברזל-גופרית (Fe-S), ייבוא והבשלה של חלבונים מיטוכונדריאליים, ושמירה על הגנום והריבוזומים שלהם 1,2,3. רשת הדינמיקה של הממברנות המיטוכונדריה נשלטת על ידי תהליכי היתוך וביקוע, ויש להם גם מכונות לבקרת איכותומיטופגיה 4,5,6.

תפקוד לקוי של המיטוכונדריה קשור להופעתם של מספר מצבים פתולוגיים כגון סרטן, סוכרת והשמנת יתר7. הפרעות בתפקוד המיטוכונדריה מזוהות בהפרעות נוירודגנרטיביות המשפיעות על מערכת העצבים המרכזית, כמו במחלת אלצהיימר 8,9, מחלת פרקינסון10,11, טרשת אמיוטרופית צידית12,13, ומחלת הנטינגטון14,15 . במערכת העצבים ההיקפית, אובדן תפקוד המיטוכונדריה באקסונים נצפה בנוירופתיה חיסונית, כגון תסמונת Guillain-Barré16,17, ובשילוב עם ייצור ROS מיטוכונדריאלי גבוה באקסונים, אירועים אלה מובילים להפעלת MAP Kinase בתאי שוואן18. זה מדגים כי פיזיולוגיה מיטוכונדריאלית עשויה להיות חיונית לא רק עבור תא ספציפי לאתר, אלא עבור רקמה שלמה. בפולינוירופתיה חושית דיסטלית הקשורה ל- HIV (HIV-DSP), למיטוכונדריה יש תפקיד במנגנון שבאמצעותו הגורם הטרנס-מפעיל של חלבון שעתוק (HIV-TAT) מאפשר ל- HIV להשתכפל ביעילות, כמו גם מספר תפקידים אחרים בפתוגנזה של הידבקות ב- HIV19,20.

הערכה של פיזיולוגיה מיטוכונדריאלית של עצבים סיאטיים התגלתה כמטרה חיונית לחקר נוירופתיה 7,21,22. בנוירופתיה סוכרתית, ניתוחים פרוטאומיים ומטבולומיים מצביעים על כך שרוב השינויים המולקולריים בסוכרת משפיעים על זרחון חמצון מיטוכונדריאלי של עצבים סיאטיים ועל חילוף החומרים של השומנים7. נראה כי שינויים אלה הם גם סימנים מוקדמים לסוכרת הנגרמת על ידי השמנת יתר21. במודל עכברי של נוירופתיה כואבת הנגרמת על ידי כימותרפיה, פגיעה מיטוכונדריאלית בעצב הסיאטי מזוהה כירידה בזרחון החמצוני22, והפחתה של פעילויות קומפלקסים מיטוכונדריאליים, פוטנציאל ממברנה ותכולת ATP23. עם זאת, למרות שכמה קבוצות ציינו תפקוד לקוי של המיטוכונדריה בנוירופתיה, מחקרים אלה מוגבלים למדידות של פעילות בקומפלקסים מיטוכונדריאליים ללא שימור של הממברנות המיטוכונדריה, ללא הערכה של שלמות המיטוכונדריה או מדידות של תוכן ATP כפרמטר לייצור ATP מיטוכונדריאלי. באופן כללי, הערכה נכונה של צריכת חמצן מיטוכונדריאלי וייצור ROS דורשת בידוד של מיטוכונדריה על ידי צנטריפוגה דיפרנציאלית בשיפוע פרקול/סוכרוז. בידוד המיטוכונדריה יכול גם להיות גורם מגביל לרקמת עצב סיאטית בגלל הכמות הגדולה של הרקמה הדרושה ואובדן מיטוכונדריה והפרעה.

המחקר הנוכחי נועד לספק פרוטוקול למדידת הפיזיולוגיה המיטוכונדרית כצריכה חמצן מיטוכונדריאלית וייצור ROS בעצב הסיאטי, תוך שמירה על ממברנות מיטוכונדריאליות וללא צורך בבידוד המיטוכונדריה. פרוטוקול זה מותאם ממדידות צריכת חמצן בסיבי שריר חודרניים24 על ידי נשימה ברזולוציה גבוהה (HRR). היתרונות של הליך זה הם האפשרות להעריך את המיטוכונדריה בכמויות קטנות של רקמות כגון העצב הסיאטי ולהעריך פרמטרים מיטוכונדריאליים באתרם, ובכך לשמר את הסביבה המיטוכונדרית, המבנה והפרופיל הביו-אנרגטי, כדי להשיג תוצאה אמינה מבחינה פיזיולוגית. מצבי הנשימה המיטוכונדריים נקבעו עם מצעים ומעכבים לאחר חדירת עצבים סיאטיים כדי להעריך כראוי ביו-אנרגיה מיטוכונדריאלית ומקדם ציטוכרום c לשלמות הממברנה המיטוכונדרית, וסיפקו מדריך לצעדים של הערכת מערכת הובלת האלקטרונים המיטוכונדרית (ETS) וחישוב פרמטרים חיוניים. מחקר זה יכול לספק כלים למענה על שאלות במנגנונים פתופיזיולוגיים שבהם מעורב חילוף החומרים העצבי הסיאטי, כגון נוירופתיות היקפיות.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Protocol

הפרוטוקול הנוכחי אושר על ידי ועדת האתיקה לשימוש בבעלי חיים במחקר, CCS/UFRJ (CEUA-101/19) והנחיות המכונים הלאומיים לבריאות לטיפול בחיות ניסוי ושימוש בהן. העצב הסיאטי מבודד מעכברי C57BL/6 זכרים בני ארבעה חודשים, המתים על ידי נקע צוואר הרחם בהתאם להנחיות המוסדיות. שלבי הפרוטוקול ממוטבים כדי למנוע הידרדרות מיטוכונדריאלית. לכן, בפרוטוקול זה, כיול של חיישני חמצן פולארוגרפיים בוצע לפני כריתה וחדירה של רקמת עצבים סיאטית של עכבר.

1. הכנת ריאגנטים

  1. הכן את מאגר שימור הרקמות (חיץ TP).
    1. הכן את הריאגנטים הבאים בתמיסת מים אולטרה-אפורה: 10 mM של חיץ Ca-EGTA עם 0.1 μM של סידן חופשי, 20 mM של אימידזול, 20 mM של טאורין, 50 mM של K-MES, 0.5 mM של DTT, 6.56 mM של MgCl2, 5.77 mM של ATP, 15 mM של phosphocreatine (ראה טבלת חומרים), pH 7.1. יש לאחסן בטמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס.
  2. הכן את מאגר הנשימה של המיטוכונדריה (MR Buffer).
    1. הכן את הריאגנטים הבאים בתמיסת מים אולטרה-אפורה: 0.5 mM של K2EGTA, 3 mM של MgCl2, 60 mM של MES, 20 mM של טאורין, 10 mM של KH2PO4, 20 mM של HEPES, 110 mM של D-סוכרוז, 1 מ"ג / מ"ל של BSA (ללא חומצות שומן) (ראה טבלת חומרים), pH 7.4. יש לאחסן בטמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס.
  3. הכינו את תמיסת מלאי הספונין על ידי המסת 5 מ"ג של ספונין (ראו טבלת חומרים) ב-1 מ"ל של מאגר TP (שלב 1.1) ושמרו אותו על קרח. ספונין מוכן טרי.
  4. הכן את Amplex Red על ידי שימוש חוזר באבקה (ראה טבלת חומרים) עם DMSO כדי להשיג ריכוז מלאי של 2 mM ולאחסן בטמפרטורה של -20 מעלות צלזיוס בבקבוקון המוגן מפני אור.
    הערה: כדי להימנע מלשחוק את הגשושית על ידי הקפאה והפשרה, הכינו עליפוטים קטנים לאחסון לא יותר מ-6 חודשיםו-25 חודשים.

2. כיול חיישני חמצן פולארוגרפיים לנשימה ברזולוציה גבוהה (HRR)

  1. נקו את תאי ה-HRR של המכשיר והמזרקים (ראו טבלת חומרים).
    1. פתחו תאי HRR, התמלאו במים מזוקקים עד למעלה וערבבו במשך 5 דקות 3x. חוזרים על הפעולה עם אתנול ואז שוב עם מים. יש לשטוף פקקים ומזרקים במים/אתנול/מים פי 3 כל אחד.
  2. החל את הגדרות הכיול הבאות בתוכנת HRR (ראה טבלת חומרים).
    1. בבקרת תוכנת HRR, הוסף את הטמפרטורה הניסיונית (37 °C), את הפרמטרים עבור חיישן חמצן (רווח, 2; מתח קיטוב, 800 mV), ועבור חיישן אמפרומטרי (רווח, 1000; מתח קיטוב, 100 mV).
  3. כייל את חיישני החמצן.
    1. פיפטה 2.1 מ"ל של MR Buffer (שלב 1.2) לתוך כל תא. סגור עם הפקקים ושאב אוויר לתוך החדר עד שנוצרת בועה. מערבבים בטמפרטורה של 37 מעלות צלזיוס למשך שעה אחת במצב כיול עד ששטף החמצן למסה יציב.
    2. בצע כיול אוויר של חיישני החמצן הפולבוגרפיים בתוכנה על פי פרוטוקול היצרן24.
      הערה: שלב הכיול מבוצע רק פעם אחת לפני ניסוי. ניסויים נוספים באותו אמצעי נשימה וטמפרטורה יכולים להתבצע לאחר שטיפת תאים בלבד (שלב 2.1).

3. כריתה וחדירה של העצב הסיאטי

  1. הסר את העצב הסיאטי בעקבות השלבים הבאים.
    1. להרדים את החיה על ידי נקע צוואר הרחם לאחר הוצאתה מהכלוב שלה וריסון בעדינות למנוחה על הספסל.
    2. בחיה המתת חסדת, לבצע חתך עם מספריים בגב התחתון, להתחיל ליד עמוד השדרה ולהמשיך במורד הירך לכיוון כף הרגל. הסר את העור והשריר המחוברים לעצב, ולאחר מכן חתך והסר את כל העצב הסיאטי.
    3. שקלו את הרקמה באופן מיידי והניחו אותה בבקבוקון מלא ב-TB Buffer קר (4 מעלות צלזיוס). בצע שלבים 3.2-3.3 על קרח.
      הערה: משקל הרקמה הרטובה משמש לנרמול צריכת החמצן וזרימת ייצור ה- ROS בשלבים הבאים. אם לא ניתן לשקול את הרקמה באופן מיידי, שמרו אותה ב-TB Buffer קר. ההליך מבוצע ברקמה טרייה ואין להקפיא אותו כדי למנוע נזק מיטוכונדריאלי.
  2. להכנת הרקמה, מניחים את העצב הסיאטי בצלחת פטרי עם מספיק TP Buffer כדי לכסות אותו. החזק קצה אחד של העצב עם מלקחיים, ועם זוג מלקחיים נוסף, שלף את צרורות העצבים אופקית.
    הערה: הליך זה צריך להיעשות תוך פחות מ -10 דקות כדי למנוע הידרדרות רקמות. הרקמה תהיה מוכנה כאשר ניתן יהיה לדמיין אותה כשכבות ערפיליות שקופות, מול הרקמה הלבנה האטומה הקודמת (איור 1).
  3. ראשית, העבירו את הרקמה המשוחקת לתוך צלחת קטנה המכילה 1 מ"ל של TP Buffer לצורך חדירת רקמות. כדי להתחיל permeabilization, להעביר את הרקמה עם מלקחיים לצלחת המכילה 1 מ"ל של TP Buffer ו 10 μL של saponin (מתוך תמיסת מלאי, שלב 1.3).
    1. יש לנער בעדינות שייקר של מיקרו-פלטה למשך 30 דקות, ואז מעבירים את הרקמה עם המלקחיים למנה טרייה המכילה MR Buffer (1 מ"ל) ומנערים בעדינות במשך 10 דקות. העבר את הרקמה עם מלקחיים לתא HRR מכויל.

4. צריכת חמצן וקביעת ייצור ROS

  1. מלאו את תאי ה-HRR ב-2.1 מ"ל של MR Buffer, הוסיפו את Amplex Red (שלב 1.4) לריכוז סופי של 5 μM ופרוקסידאז ל-2 U/mL, והוסיפו את העצב הסיאטי החודר (שלב 3).
    1. חברו את חיישני הפלואורסצנציה של המכשיר, כבו את האורות בחלק הבקרה של התוכנה ולחצו על Connect to oxygraph. ב"פרוטוקולי עריכה" בתוכנה, הכנס את משקל הרקמה שנמדד בשלב 3.1.3.
  2. עבור אל "פריסה", בחר באפשרות "שטף ספציפי ליחידת דגימה", ובחר Plots כדי לגשת בו זמנית לקריאת צריכת החמצן, ואם תרצה, את ייצור H2O2 . המתן ~ 10 דקות.
    הערה: זמן זה נדרש כדי לייצב את הזרימה הבסיסית של צריכת החמצן ללא תוספת מצע (בסיסית). לפני זריקות נוספות, ודא שזרימת החמצן מתייצבת.
  3. הזריקו שני פולסים של H2O2, כל אחד מהם לריכוז סופי של 260 מיקרומטר, לכיול מאוחר יותר בתא.
  4. הזריקו 20 μL של סוקסינט (ראו טבלת חומרים), מצע קומפלקס מיטוכונדריאלי II, כדי להפעיל את מערכת הובלת האלקטרונים המיטוכונדרית.
    הערה: ניתן להוסיף מצעים מיטוכונדריאליים שונים בנקודה זו כדי להעריך את תפקוד המיטוכונדריה על ידי קומפלקסים שונים. תוצאות מייצגות עם מצעים משתנים עבור קומפלקסים מיטוכונדריאליים I ו-II מוצגות באיור 2 ובאיור 3. בשלב זה, עלייה בצריכת O2 ובייצור H2O2 , בו זמנית, נצפית באיור 3.
  5. הוסף 20 μL של אדנוזין דיפוספט (ADP) כדי להפעיל סינתזת אדנוזין טריפוספט (ATP).
    הערה: ADP מגרה סינתזת ATP ומפחית את פוטנציאל הממברנה. עלייה בצריכת O2 וירידה בייצור של H2O2 צפויים להיות נצפים26,27.
  6. ברצף, הוסף 5 μL של ציטוכרום c (ראה טבלת חומרים) כאינדיקטור לשלמות הממברנה.
    הערה: אם הרקמה מוכנה היטב וחודרת, ציטוכרום c לא אמור להגדיל את צריכת החמצן ביותר מ -15%. אם היא מתרחשת, עיין בסעיף פתרון בעיות לקבלת המלצות.
  7. טיטרט עם אליקוטים של 0.2 מיקרוגרם/מ"ל של אוליגומיצין (ראו טבלת חומרים) עד שלא נצפתה ירידה נוספת בצריכת O2 .
    הערה: אוליגומיצין פועל על ידי עיכוב סינתזת ATP המובילה לירידה בזרימת O2 ולשיפור בהיווצרות H2O2 המועדף על ידי פוטנציאל הממברנה הגבוה26,27.
  8. טיטרט עם אליקוטים של 0.5 מיקרומול/ליטר של קרבוניל ציאניד 4-(טריפלואורומתוקסי)פניל-הידרזון (FCCP) (ראה טבלת חומרים), הלא-קופלר המיטוכונדרי, עד שלא ניתן להבחין בעלייה נוספת בצריכת O2 . כדי לסיים את הניסוי, הזריקו 2 μl של אנטימיצין A לריכוז סופי של 5 μM והמתינו לייצוב זרימה.
    הערה: נצפתה ירידה בייצור H2O2 עקב פיזור פוטנציאל הממברנה לאחר הזרקת FCCP. אנטימיצין A מעכב את קומפלקס III, ובכך מונע את זרימת האלקטרונים. לכן, צריכת O2 התלויה במיטוכונדריה נפגעת, מפחיתה את שטף החמצן למסה ומעוררת דליפת אלקטרונים, מה שמגדיל את ייצור H2O2 26,27.
  9. עבור אל סרגל הפקודות, חפש "רב-חושי" בתוכנה, לחץ על שליטה > שמור קובץ והתנתק.
    הערה: תוספת של מצעים ומעכבים אחרים יכולה להתבצע על פי השאלה הנחקרת. דוגמה מתוארת בתוצאות הייצוגיות. כיול H2O2 מבוצע לאחר סיום הניסוי, על פי פרוטוקול היצרן28.
  10. פתח את הקובץ שנשמר ובחר את המעקב "שטף חמצן למסה" כדי לקבל את תוצאות צריכת החמצן הניסיונית. בחר ידנית את החלון בין הזרקות על-ידי לחיצה על לחצן Shift + Left mouse.
    1. עבור אל Marks > סטטיסטיקה כדי לדמיין את התוצאות עבור כל זריקה של מצע / מעכבים / פרוטוקול לא משותף. עבור ייצור H2O2 , בצע את אותו הליך עם עקבות "Amp-Slope".
      הערה: בעת בחירת החלון, הימנע מממצאים של זריקות נפח על-ידי בחירת חלון שבו חמצן (או H2O2) יציב וקבוע יותר. דוגמאות לחלונות שנבחרו מיוצגות על-ידי סוגריים מסולסלים שחורים בתוצאות המייצגות (איור 2 ואיור 3).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

תוצאות

צריכת החמצן המיטוכונדריאלית על ידי העצב הסיאטי המחלחל מיוצגת באיור 2. העקבה האדומה מייצגת את שטף O2 ליחידת מסה ב-pmol/s.mg. לאחר רישום צריכת חמצן בסיסית עם מצעים אנדוגניים (נשימה שגרתית), מוזרק סוקינט (SUCC) לנשימה מונעת קומפלקס II (סוקסינט דהידרוגנאז), וכתוצאה מכך לעלייה בקצב ?...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Discussion

מספר מחלות או מצבים המלווים נוירופתיות סובלים מתפקוד לקוי של המיטוכונדריה כגורם סיכון. ההערכה של תפקוד המיטוכונדריה בעצבים היקפיים חיונית כדי להבהיר כיצד המיטוכונדריה פועלת במצבים נוירודגנרטיביים אלה. ההערכה של תפקוד המיטוכונדריה היא מייגעת בשל הקושי של שיטת הבידוד והמחסור בחומר. לפיכ...

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Disclosures

למחברים אין מה לחשוף.

Acknowledgements

מחקר זה מומן על ידי מכון סראפילהירה, Fundação de Amparo à Pesquisa do Estado do Rio de Janeiro (FAPERJ), Conselho Nacional de Desenvolvimento Científico e Tecnológico (CNPq) ו-Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior-Brasil (CAPES). אנו מודים לד"ר אנטוניו גלינה פילו, לד"ר מוניקה מונטרו לומלי ולד"ר קלאודיו מסודה על התמיכה במתקני המעבדה, ולד"ר מרתה סורנסון על הערות טובות ובעלות ערך בשיפור המאמר.

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Materials

NameCompanyCatalog NumberComments
Adenosine 5' triphosphate dissodium salt hydrateSigma-AldrichA26209
Adenosine 5′-diphosphate sodium saltSigma-AldrichA2754
Amplex Red ReagentThermo Fisher scientificA12222Amplex Red is prepared in DMSO accordindly with product datasheet
Antimycin A (from Streptomyces sp.)Sigma-AldrichA8674
Bovine Serum AlbuminSigma-AldrichA7030heat shock fraction, protease free, fatty acid free, essentially globulin free, pH 7, ≥98%
Calcium carbonateSigma-AldrichC6763
Carbonyl cyanide 4-(trifluoromethoxy)phenylhydrazone (FCCP)Sigma-AldrichC2920
Cytochrome cSigma-AldrichC7752(from equine heart; small hemeprotein)
DataLab version 5.1.1.91OROBOROS INSTRUMENTS, AustriaCopyright (c) 2002 - 13 by Dr. Erich Gnaiger
Digital orbital microplate shaker 120VThermo Fisher scientific88882005
DL-DithiothreitolSigma-Aldrich43819
EGTA sodium saltSigma-AldrichE8145
Hamilton syringeSigma-AldrichHAM8007510 uL, 25 uL and 50 uL
HEPESSigma-AldrichH3375
Hydrogen peroxide solution 30% W/WMerckH1009
ImidazoleSigma-AldrichI2399
L-(−)-Malic acidSigma-AldrichM7397
Magnesium chloride hexahydrateSigma-AldrichM2393
MES sodium saltSigma-AldrichM3885
Micro-dissecting forceps, curvedSigma-AldrichF4142
Micro-dissecting forceps, straightSigma-AldrichF4017
O2K - Filter set Amplex RedOROBOROS INSTRUMENTS, Austria44321-01Fasching M, Sumbalova Z, Gnaiger E (2013) O2k-Fluorometry: HRR and H2O2 production in mouse brain mitochondria. Mitochondr Physiol Network 17.17.
O2K - Fluorescence LED2 - module component Fluorscence-Sensor GreenOROBOROS INSTRUMENTS, Austria44210-01
OligomycinSigma-AldrichO4876(from Streptomyces diastatochromogenes; mixture of oligomycins A, B, and C
OROBOROS Oxygraph-2kOROBOROS INSTRUMENTS, Austriahttp://www.oroboros.at
Palmitoylcarnitine (Palmitoyl-DL-carnitine-HCl)Sigma-AldrichP4509
Peroxidase from horseradishSigma-AldrichP8375
Petri dishes, polystyreneMERCKP5606
Phosphocreatine disodium salt hydrateSigma-AldrichP7936
Potassium dihydrogen phosphate monobasicSigma-AldrichPHR1330
Potassium hydroxideSigma-Aldrich221473
RotenoneSigma-AldrichR8875
SaponinSigma-AldrichSAE0073
Sodium pyruvateSigma-AldrichP5280
Sodium succinate dibasic hexahydrateSigma-AldrichS2378
SucroseSigma-AldrichS9378
TaurineSigma-AldrichT0625

References

  1. Pfanner, N., Warscheid, B., Wiedemann, N. Mitochondrial protein organization: from biogenesis to networks and function. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 20 (5), 267-284 (2019).
  2. Sena, L. A., Chandel, N. S. Physiological roles of mitochondrial reactive oxygen species. Molecular Cell. 48 (2), 158-167 (2012).
  3. Van Der Bliek, A. M., Sedensky, M. M., Morgan, P. G. Cell biology of the mitochondrion. Genetics. 207 (3), 843-871 (2017).
  4. Rugarli, E. I., Langer, T. Mitochondrial quality control: A matter of life and death for neurons. EMBO Journal. 31 (6), 1336-1349 (2012).
  5. Westermann, B. Mitochondrial fusion and fission in cell life and death. Nature Reviews Molecular Cell Biology. 11, 872-884 (2010).
  6. Pickles, S., Vigié, P., Youle, R. J. Mitophagy and quality control mechanisms in mitochondrial maintenance. Current Biology. 28 (4), 170-185 (2018).
  7. Freeman, O. J., et al. Metabolic dysfunction is restricted to the sciatic nerve in experimental diabetic neuropathy. Diabetes. 65 (1), 228-238 (2016).
  8. Sheng, B., et al. Impaired mitochondrial biogenesis contributes to mitochondrial dysfunction in Alzheimer's disease. Journal of Neurochemistry. 120 (3), 419-429 (2012).
  9. Wang, X., et al. Oxidative stress and mitochondrial dysfunction in Alzheimer's disease. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Basis of Disease. 1842 (8), 1240-1247 (2014).
  10. Li, W., Fu, Y. H., Halliday, G. M., Sue, C. M. PARK genes link mitochondrial dysfunction and alpha-synuclein pathology in sporadic Parkinson's disease. Frontiers in Cell and Developmental Biology. 9, 1-11 (2021).
  11. Winklhofer, K. F., Haass, C. Mitochondrial dysfunction in Parkinson's disease. Biochimica et Biophysica Acta - Molecular Basis of Disease. 1802 (1), 29-44 (2010).
  12. Harley, J., Clarke, B. E., Patani, R. The interplay of rna binding proteins, oxidative stress and mitochondrial dysfunction in ALS. Antioxidants. 10 (4), 552(2021).
  13. Nakagawa, Y., Yamada, S. A novel hypothesis on metal dyshomeostasis and mitochondrial dysfunction in amyotrophic lateral sclerosis: Potential pathogenetic mechanism and therapeutic implications. European Journal of Pharmacology. 892, 173737(2021).
  14. Franco-Iborra, S., et al. Mutant HTT (huntingtin) impairs mitophagy in a cellular model of Huntington disease. Autophagy. 17 (3), 672-689 (2021).
  15. Wang, Y., Guo, X., Ye, K., Orth, M., Gu, Z. Accelerated expansion of pathogenic mitochondrial DNA heteroplasmies in Huntington's disease. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 118 (30), 2014610118(2021).
  16. Sajic, M., et al. Mitochondrial damage and 'plugging' of transport selectively in myelinated, small-diameter axons are major early events in peripheral neuroinflammation. Journal of Neuroinflammation. 15 (1), 61(2018).
  17. Muke, I., et al. Ultrastructural characterization of mitochondrial damage in experimental autoimmune neuritis. Journal of Neuroinflammation. 343, 577218(2020).
  18. Rodella, U., et al. An animal model of Miller Fisher Syndrome: mitochondrial hydrogen peroxide is produced by the autoimmune attack of nerve terminals and activates Schwann cells. Neurobiology of Disease. 96, 95-104 (2016).
  19. Han, M. M., Frizzi, K. E., Ellis, R. J., Calcutt, N. A., Fields, J. A. Prevention of HIV-1 TAT protein-induced Ppripheral neuropathy and mitochondrial disruption by the antimuscarinic pirenzepine. Frontiers in Neurology. 12, 663373(2021).
  20. Roda, R. H., Hoke, A. Mitochondrial dysfunction in HIV-induced peripheral neuropathy. International Review of Neurobiology. 145, Elsevier Inc. (2019).
  21. Palavicini, J. P., et al. Early disruption of nerve mitochondrial and myelin lipid homeostasis in obesity-induced diabetes. JCI Insight. 5 (21), 137286(2020).
  22. Zheng, H., Xiao, W. H., Bennett, G. J. Functional deficits in peripheral nerve mitochondria in rats with paclitaxel- and oxaliplatin-evoked painful peripheral neuropathy. Experimental Neurology. 232 (2), 154-161 (2011).
  23. Lim, T. K. Y., Rone, M. B., Lee, S., Antel, J. P., Zhang, J. Mitochondrial and bioenergetic dysfunction in trauma-induced painful peripheral neuropathy. Molecular Pain. 11, 58(2015).
  24. Pesta, D., Gnaiger, E. High-resolution respirometry: OXPHOS protocols for human cells and permeabilized fibers from small biopsies of human muscle. Mitochondrial Bioenergetics: Methods and Protocols (Methods in Molecular Biology. 810, 25-58 (2012).
  25. Komlódi, T., et al. Comparison of mitochondrial incubation media for measurement of respiration and hydrogen peroxide production. Methods in Molecular Biology. 1782, 137-155 (2018).
  26. Chance, B., Williams, G. R. Respiratory enzymes in oxidative phosphorylation. III. The steady state. Journal of Biological Chemistry. 217 (1), 409-427 (1955).
  27. Korshunov, S. S., Skulachev, V. P., Starkov, A. A. High protonic potential actuates a mechanism of production of reactive oxygen species in mitochondria. FEBS Letters. 416 (1), 15-18 (1997).
  28. Gnaiger, E. Mitochondr Physiol Network. Mitochondrial Pathways and Respiratory Control. An Introduction to OXPHOS Analysis. 4th ed. , OROBOROS MiPNet Publications. Innsbruck, Austria. 80(2014).
  29. Kuznetsov, A. V., et al. Mitochondrial defects and heterogeneous cytochrome c release after cardiac cold ischemia and reperfusion. American Journal of Physiology-Heart and Circulatory Physiology. 286 (5), 1633-1641 (2004).
  30. Ruas, J. S., et al. Underestimation of the maximal capacity of the mitochondrial electron transport system in oligomycin-treated cells. PLoS One. 11 (3), 0150967(2016).
  31. Boveris, A., Chance, B. The mitochondrial generation of hydrogen peroxide. General properties and effect of hyperbaric oxygen. Biochemical Journal. 134 (3), 707-716 (1973).
  32. Skulachev, V. P. Membrane-linked systems preventing superoxide formation. Bioscience Reports. 17 (3), 347-366 (1997).
  33. Majava, V., et al. Structural and functional characterization of human peripheral nervous system myelin protein P2. PLoS One. 5, 10300(2010).
  34. Greenfield, S., Brostoff, S., Eylar, E. H., Morell, P. Protein composition of myelin of the peripheral nervous system. Journal of Neurochemistry. 20 (4), 1207-1216 (1973).
  35. Kuznetsov, A. V., et al. Analysis of mitochondrial function in situ in permeabilized muscle fibers, tissues and cells. Nature Protocols. 3, 965-976 (2008).
  36. Saks, V. A., et al. Permeabilized cell and skinned fiber techniques in studies of mitochondrial function in vivo. Molecular and Cellular Biochemistry. 184 (1-2), 81-100 (1998).
  37. Gnaiger, E. Capacity of oxidative phosphorylation in human skeletal muscle. New perspectives of mitochondrial physiology. The International Journal of Biochemistry & Cell Biology. 41 (10), 1837-1845 (2009).
  38. Porter, C., et al. Mitochondrial respiratory capacity and coupling control decline with age in human skeletal muscle. American Journal of Physiology-Endocrinology and Metabolism. 309 (3), 224-232 (2015).
  39. Martins, E. L., et al. Rapid regulation of substrate use for oxidative phosphorylation during a single session of high intensity interval or aerobic exercises in different rat skeletal muscles. Comparative Biochemistry and Physiology B. 217, 40-50 (2018).
  40. Areti, A., Komirishetty, P., Kumar, A. Carvedilol prevents functional deficits in peripheral nerve mitochondria of rats with oxaliplatin-evoked painful peripheral neuropathy. Toxicology and Applied Pharmacology. 322, 97-103 (2017).
  41. Cooper, M. A., et al. Reduced mitochondrial reactive oxygen species production in peripheral nerves of mice fed a ketogenic diet. Experimental Physiology. 103 (9), 1206-1212 (2018).
  42. Jia, M., et al. Activation of NLRP3 inflammasome in peripheral nerve contributes to paclitaxel-induced neuropathic pain. Molecular Pain. 13, 1744806917719804(2017).
  43. Muller, F. L., et al. Denervation-induced skeletal muscle atrophy is associated with increased mitochondrial ROS production. American Journal of Physiology-Regulatory, Integrative and Comparative Physiology. 293 (3), 1159-1168 (2007).

Access restricted. Please log in or start a trial to view this content.

Reprints and Permissions

Request permission to reuse the text or figures of this JoVE article

Request Permission

Explore More Articles

183

This article has been published

Video Coming Soon

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Contact Us

Recommend to library

JoVE NEWSLETTERS

Research

Education

Authors

Librarians

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved