Name: synthesis and evaluation of a ruthenium-based mitochondrial calcium uptake inhibitor
Uploaded: 2017-10-26T15:00:00.000+00:00
Duration: 7 min 12 s
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この研究は、コーネル大学によって支えられました。この作品は、材料研究共有施設、NSF MRSEC プログラム (助成金 DMR 1120296) を通じてサポートされるコーネル大学センターを利用しました。S.R.N. は、NSF 大学院研究員 (グラント DGE-1650441) およびカルシウム実験について博士デーブ Holowka によるサポートを認めています。意見、所見、結論または本資料に示した推奨事項著者 (s) のものし、国立科学財団の見解を必ずしも反映されません。

注: 集中された酸と塩基が用いられる。工学的制御 (ドラフト)、安全眼鏡、手袋、白衣、フルの長さのズボン、閉じてつま先の靴を含む個人保護用具 (PPE) の使用を含む反応を実行するときに、すべての適切な安全対策を使用します。
 1 ですの準備 [(OH 2) (NH 3) 4 Ru (μ-O) Ru (NH 3) 4 (OH 2)] Cl 5 [Ru (NH 3) 5 Cl] Cl <ol><li>合成。2 12 <ol>RuCl 3 · n H 2 O の <li>溶解 1.00 g (40% 重量 Ru、4.1 モル) H 2 o. クール氷浴で 0 の ° C に暗い茶色ソリューション 5 ml。滴状に 80% ヒドラジン水和物溶液 11 mL (0.23 mol) を追加します。最初の反応は積極的な茶色のソリューションで、その結果、進化ガスになります。得られた溶液; 16 時間室温で攪拌ができます。最終的な解決策は、暗い赤になります 
		注意: ヒドラジンは鋭く有毒で発がん性です。また、この試薬の無水形態が爆発です。いつものように、処理するときは、適切な PPE とヒューム フードを使用します。乾燥するこれらのソリューションを集中しないでください</li>。
		<li>このソリューションに 2 pH 調整に濃塩酸の約 5-10 mL を追加。この時点で、ソリューションは、黄褐色になります色で</li>。
		<li>熱の 1-2 時間攪拌しながら 105 ° C でこのソリューション。黄色の固体が析出します。多くの沈殿物無しに見えてフォーム、暑さから削除します</li>。
		<li>エタノールとジエチル エーテルの室温に冷却し、0 ° C の氷浴 10 分収集吸引ろ過及び 5 mL で洗浄で黄色の固体のために反応混合物を許可します</li>。
		<li>は、15-25 mL のお湯に粗製品を完全に溶解します。氷浴に置くことでフィルターのフラスコの中の濃塩酸溶液の 10 mL を冷やします。淡い黄色の純粋な固体の析出を誘発するチルドの塩酸水溶液に黄色の溶液をフィルターします。この沈殿物をフィルター処理し、0.5 M 塩酸、エタノールとエーテルのそれぞれ 5 mL で洗うです</li>。
		<li>特性の複合使用して IR の分光学。3226 cm -1、1604 cm -1、1297 cm -1 に、801 cm -1 にストレッチ頻度の同定、純度を確認します。2069 cm -1 に一般的なマイナーな不純物は [Ru (NH 3) 5 N 2] Cl 3 に割り当てられます</li>。
	</ol></li> <li>[(OH 2) (NH 3) 4 とらぶる (μ-O) (NH 3) 4 (OH 2)] Cl 5 の合成 <ol><li>100 mg (0.34 mmol) を解散 [Ru (NH 3) 5 Cl]1 M NH 4 200 mL 重い壁丸底圧力容器中の OH の 50 mL の Cl 2。緩く、ストッパー付きフラスコのキャップ 6 h 削除暑さから 75 ° C で反応混合物を熱し、暗い緑色のソリューションを生成するため 4 日間室温で攪拌します 。
		注意!圧力上昇により密閉された容器を加熱します。適切な圧力安全ガラスを使用することを確認します。この反作用のため容器のシールの目的はガスの NH 3 の損失を最小限に抑えることです。したがって、過剰な圧力のリリースでは、大まかにストッパーを配置します</li>。
	</ol></li> <li>陽イオン交換クロマトグラフィーによる精製 <ol><li>25 mL のビーカーに 5 g 陽イオン交換樹脂を中断 (例えば、ダウエックス 50WX2 200-400 メッシュ (H + フォーム) 10 mL 0.1 M HCl</li>。
		<li>は、50 mL の溶媒貯水池を貼付したもの (直径 10 mm、高さ 15 cm) 10 mL 列にこのスラリーをロードします。溶出液が無色になるまでに約 20-30 ml の 0.1 M HCl の樹脂を洗浄します</li>。
		<li>は 1.2.1 の手順で分離された緑の反応液に戻ります。このソリューションでは、2 は、その時点でソリューション色が茶色に変化する pH 調整に濃塩酸を追加します</li>。
		<li>は、1.3.2 の手順で優しく樹脂上にピペッティングにより作製した陽イオン交換樹脂カラムにこの酸性のソリューションを読み込みます。溶出液は完全にドレインし、ソリューションの読み込みを続行できます。ソリューション全体が追加されるまで、このプロセスを繰り返します。樹脂の上部はダークブラウン/ブラックになります。樹脂が少し減少 in ボリューム</li>。
		<li>樹脂の上部をカバーするガラス製のビーズを使用。これらの新しいソリューションが追加されたときに邪魔されてから樹脂が防ぐされます</li>。
		<li>20 ml 1 M HCl の列を溶出します</li>。
		<li>溶出 1.5 M の塩酸濃度の増加の列 (&#8776; 50 mL)。黄色の溶液は、列をオフに来て開始されます。2 m HCl 濃度を増加し、続ける溶出溶出液が無色になるまでまたは非常に薄い緑、黄色。150-200 mL の容量は、このプロセスに必要になります</li>。
		<li>は、2.5 メートル (20-50 mL) 塩酸濃度を高めます。溶出液を試験管内の分数として収集します。3 M HCl に増加します。製品は、緑褐色のソリューションとして列から溶出が。赤茶色の分数列オフ来ても始めます。これらの画分は酸化ルテニウム赤不純物、行うプール緑茶色分数ありません</li>。
	</ol></li> <li>特性と [(OH 2) (NH 3) 4 とらぶる (μ-O) (NH 3) 4 (OH 2)] Cl 5 の純度検証 <ol><li>すべてから分数のテスト1.3.8 のステップ。紫外可視分光法による。このタスクを達成するために 3 M NH3 の mL の 2 に与えられた分数の 100 μ L を追加し、紫外可視分光法による分析します。純粋な製品を含む分数大吸光度バンドが 360 nm と 600 以下の強烈な吸光度 nm。480 または 533 nm における吸光度はそれぞれ酸化ルテニウム赤とルテニウム赤不純物を示す</li>。
		<li>は純粋なプロダクトを含む画分をプール、回転蒸発によって乾燥を解決を蒸発させます。製品は、緑褐色の固体として分離されます。利回りは、5-15 mg (10-20% の利回り) は通常およそ。単結晶 x 線回折に適した化合物の水溶液にエタノールの水蒸気拡散によって取得できます</li>。
		純度を確認する <li>は、溶液 pH 7.4 リン酸緩衝生理食塩水 (PBS) 紫外可視分光法による化合物を分析します。純度の 360 の強度の比で評価がある nm と 600 nm ピーク。この比率は、純粋な化合物の 31 です。不純化合物の比率は小さくなります</li>。
		<li>赤外分光法による固体状態のサンプルを分析します。診断のバンドは、3234 cm -1、3151 cm -1、1618 cm -1、1313 cm -1 815 cm -1。1762 cm -1 1400 cm -1 に共通の不純物バンドを見て、NH の特徴 4 Cl. ルテニウム赤で識別できます 1404 cm -1、1300 cm -1、1037 cm -1 と 800 cm -1 に帯</li>。
	</ol></li> <li>蛍光分光法によるミトコンドリアのカルシウム吸収抑制の評価 注意!次の手順は、哺乳動物細胞を使用します。生物学的安全性レベル 2 (BSL2) 研究のために認定されている適切な層流フードの仕事行われる必要があります 。
	&#8203; 注: [(OH 2) (NH 3) 4 とらぶる (μ-O) (NH 3) 4 (OH 2)] Cl 5 が呼びます [Ru] としてこのセクション <ol><li>バッファーをグルコース含有生理食塩水溶液 (BGSS) のアッセイのメディア。BGSS は 110 mM KCl、1 mM KH 2 PO 4、1 mM MgCl 2、20 mM 4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic 酸 (HEPES)、5 mM コハク酸ナトリウム、30 μ M エチレング リコール-bis(β-aminoethyl ether)-ソリューション N, N、N &#39;、N &#39;-四酢酸 (グリコールエーテルジアミン四酢酸)。PH 7.4 に調整、グリコールエーテルジアミン四酢酸を除くすべてを組み合わせます。グリコールエーテルジアミン四酢酸を加えて pH 7.4 に調整。50 ml アッセイ メディアの 1 mg/mL のブドウ糖の 0.5 mL を追加します</li>。
		<li>ダルベッコで 500 cm 2 シャーレで培養 HeLa 細胞 &#39; s 修正イーグル培地 (DMEM) 10% 牛胎児血清 (FBS) 5% CO 2 播くことによって 100 mm ペトリ皿の成長している 37 ° c. を増幅する HeLa 細胞での加湿のインキュベーターでの500 cm 2 シャーレでそれら。大きな皿に総メディア ボリュームは 115 mL です。各大皿約 1800 万細胞、2 つの蛍光分光実験のために十分になります。
		<ol><li>のセルに達するまで成長 90-95% 合流。メディアを取り出して、15 mL pH 7.4 PBS のセルをすすいでください。PBS で 1 mM エチレンジアミン四酢酸 (EDTA) の 15 の mL を追加し、セルをデタッチするのには 10 分間インキュベートします。14 mL の丸底の隼の管にセルを転送</li></ol></li> <li>倒立顕微鏡とトリパン ブルー色素および診断を使用してセルをカウントし、セルの合計数とメディア 1.8 mL 体積当たり 750 万の細胞に到達するために必要な量を計算 媒体。5310 × g. 上清をデカントで 10 分の細胞を遠心分離し、BGSS の計算された容積を追加します。優しく細胞を再懸濁します。
		<ol><li>この試金のため純粋な水で準備ジメチルスルホキシド (DMSO)、1 mM H 2 O と 10 mM CaCl 2 H 2 o. [Ru] 在庫ソリューション、カルシウム グリーン 5N で 40 mM ジギトニンの原液を準備、1-3 mM の範囲で指定できます 。
			&#8203; 注: カルシウム グリーン-5N は、光に敏感な。暗闇の中で保存し、光の露出を最小限にします</li>。
		</ol></li> <li>506 nm と 532 で発光励起、蛍光をセットアップ 37 で制御キュベット ホルダー付き nm ° C. 準備攪拌棒やホイール、3.6 1.8 μ L ジギトニン ソリューション上記 1.5.2 から 1.8 mL 細胞懸濁液とアクリル キュベット &# 181;L カルシウム グリーン 5N (ソリューション) と 9 μ [Ru] (1 mM 原液、5 μ M 最終濃度) のため。セル蛍光で 15 分間を、インキュベートします。
		<ol><li>は、生の吸収ではなく励起/蛍光比としてデータを読み取ります。この実習は光源の輝度変動に関連付けられているエラーを最小限に抑えます</li>。
			<li>[Ru] 細胞の反応に CaCl 2 添加の効果を測定するための不在で最初のサンプル分析を実施します</li>。
			<li>1.5.4 で説明する設定と蛍光の分析を開始。安定した排出量ベースラインを確立する約 2 分間待機し、CaCl 2 (10 μ M 最終濃度) の 1.8 μ L を追加します。放射強度は、CaCl 2 の添加によってすぐに増加し、カルシウム イオンは、ミトコンドリアを入力分のコース上が崩壊します。崩壊が完了するまで待つ (&#8776; 5 分)。[Ru] と扱われない細胞のミトコンドリアのカルシウム吸収反応を決定する、追加のカルシウム ボーラスを追加します</li>。
		</ol></li> <li>別キュベットで 5 μ M [Ru] を含む実験を繰り返す 1.5.4.3 で前述。阻害剤の存在下で発光強度は増加が崩壊します。この観察を意味するミトコンドリアのカルシウムの取り込みをブロックします</li>。
	</ol>
	</li>
</ol>

<ol>
	<li>De Stefani, D., Rizzuto, R., Pozzan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enjoy+the+trip:+Calcium+in+mitochondria+back+and+forth.">Enjoy the trip: Calcium in mitochondria back and forth.</a> Annu. Rev. Biochem. 85, 161-192 (2016).</li><li>Contreras, L., Drago, I., Zampese, E., Pozzan, T. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondria:+the+calcium+connection.">Mitochondria: the calcium connection.</a> Biochim. Biophys. Acta. 1797 (6-7), 607-618 (2010).</li><li>Giorgi, C., 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+calcium+homeostasis+as+potential+target+for+mitochondrial+medicine.">Mitochondrial calcium homeostasis as potential target for mitochondrial medicine.</a> Mitochondrion. 12 (1), 77-85 (2012).</li><li>De Stefani, D., Raffaello, A., Teardo, E., Szab&#242;, I., Rizzuto, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+forty-kilodalton+protein+of+the+inner+membrane+is+the+mitochondrial+calcium+uniporter.">A forty-kilodalton protein of the inner membrane is the mitochondrial calcium uniporter.</a> Nature. 476 (7360), 336-340 (2011).</li><li>Baughman, J. M., 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=Integrative+genomics+identifies+MCU+as+an+essential+component+of+the+mitochondrial+calcium+uniporter.">Integrative genomics identifies MCU as an essential component of the mitochondrial calcium uniporter.</a> Nature. 476 (7360), 341-356 (2011).</li><li>Kamer, K. J., Mootha, V. 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+molecular+era+of+the+mitochondrial+calcium+uniporter.">The molecular era of the mitochondrial calcium uniporter.</a> Nat. Rev. Mol. Cell Biol. 16 (9), 545-553 (2015).</li><li>Ying, W. -. L., Emerson, J., Clarke, M. J., Sanadi, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Inhibition+of+mitochondrial+calcium+ion+transport+by+an+oxo-bridged+dinuclear+ruthenium+ammine+complex.">Inhibition of mitochondrial calcium ion transport by an oxo-bridged dinuclear ruthenium ammine complex.</a> Biochemistry. 30 (20), 4949-4952 (1991).</li><li>Emerson, J., Clarke, M. J., Ying, W. -. L., Sanadi, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+component+of+"ruthenium+red"+responsible+for+inhibition+of+mitochondrial+calcium+ion+transport.+Spectra,+electrochemistry,+and+aquation+kinetics.+Crystal+structure+of+&#181;-O-[(HCO2)(NH3)4Ru]2Cl3.">The component of "ruthenium red" responsible for inhibition of mitochondrial calcium ion transport. Spectra, electrochemistry, and aquation kinetics. Crystal structure of &#181;-O-[(HCO2)(NH3)4Ru]2Cl3.</a> J. Am. Chem. Soc. 115 (25), 11799-11805 (1993).</li><li>Matlib, M. 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=Oxygen-bridged+Dinuclear+Ruthenium+Amine+Complex+Specifically+Inhibits+Ca2++Uptake+into+Mitochondria+in+Vitro+and+in+Situ+in+Single+Cardiac+Myocytes.">Oxygen-bridged Dinuclear Ruthenium Amine Complex Specifically Inhibits Ca2+ Uptake into Mitochondria in Vitro and in Situ in Single Cardiac Myocytes.</a> J. Biol. Chem. 273 (17), 10223-10231 (1998).</li><li>Oxenoid, 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=Architecture+of+the+mitochondrial+calcium+uniporter.">Architecture of the mitochondrial calcium uniporter.</a> Nature. 533 (7602), 269-273 (2016).</li><li>Nathan, S. 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=Synthetic+Methods+for+the+Preparation+of+a+Functional+Analogue+of+Ru360,+a+Potent+Inhibitor+of+Mitochondrial+Calcium+Uptake.">Synthetic Methods for the Preparation of a Functional Analogue of Ru360, a Potent Inhibitor of Mitochondrial Calcium Uptake.</a> Inorg Chem. 56 (6), 3123-3126 (2017).</li><li>Allen, A. D., Senoff, C. V. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Preparation+and+infrared+spectra+of+some+ammine+complexes+of+ruthenium(II)+and+ruthenium(III).">Preparation and infrared spectra of some ammine complexes of ruthenium(II) and ruthenium(III).</a> Can. J. Chem. 45 (12), 1337-1341 (1967).</li><li>Murphy, A. N., Bredesen, D. E., Cortopassi, G., Wang, E., Fiskum, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bcl-2+potentiates+the+maximal+calcium+uptake+capacity+of+neural+cell+mitochondria.">Bcl-2 potentiates the maximal calcium uptake capacity of neural cell mitochondria.</a> Proc. Natl. Acad. Sci. USA. 93 (18), 9893-9898 (1996).</li><li>Deak, A. T., 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=Assessment+of+mitochondrial+Ca&#8314;+uptake.">Assessment of mitochondrial Ca&#8314; uptake.</a> Meth. Molec. Biol. 1264, 421-439 (2015).</li></ol>

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ミトコンドリアのカルシウム吸収阻害剤 [(OH2) (NH3)4とらぶる (μ-O) (NH3)4(OH2)] Cl5 [Ru (NH3)5Cl] から合成された Cl2、よく知られている ruthenium(III) をすることができます。開始材料は、この手順で説明するよう。[Ru (NH3)5Cl] Cl2の合成は少し難しさと容易に実現できます。水和ヒドラジンの 16 h ?...

ミトコンドリアのカルシウムは、エネルギー生産、アポトーシスなどの正常な細胞機能に不可欠なプロセスの数の重要な調節因子です。1,2,3ミトコンドリアのカルシウム単一輸送体 (MCU) 内のミトコンドリア膜に存在するイオン運送者蛋白質はミトコンドリアにカルシウム イオンの流入を調節します。4,5,6 MCU の化学阻害剤は、継続関数、この輸送蛋白質とミトコンドリアのカルシウムの細胞の役割を研究するための貴重なツールです。化合物 [(HCO2) (NH3)4とらぶる (μ-O) (NH3)4(O2CH)]3 +Ru360、7 は、24 μ M の報告 Kd値と MCU の唯一知られている選択的阻害剤の一つです。 ,8,9,10この複合体は一般的な不純物の商業配合ルテニウム赤 (RuRed) ドデカカルボニル ジ-μ-オキソ架橋式 [(NH3) の hexacation5Ru (μ-O) Ru (NH3)4(μ-O) Ru (NH3)5)]6 +、カルシウム吸収の阻害剤としても使用されています。Ru360 は、市販されている、非常に高価です。また、困難な浄化手順やあいまいな評価方法で合成と Ru360 の分離に挑戦します。
我々 は最近、Ru360 アナログ、[(OH2) (NH3)4とらぶる (μ-O) (NH3)4(OH2)] Cl5にアクセスする代替手段を報告しています。11この化合物は、親和性の高い、Ru360 のように MCU を阻害します。このプロトコルでは、[Ru (NH3)5Cl] Cl2から開始の化合物は、私たちの最も効果的な合成を説明します。この手順の一般的な落とし穴と、強酸性陽イオン交換樹脂を用いた製品の精製の詳細です。また特性と化合物の純度の評価の手法を提示し、ミトコンドリアのカルシウム吸収をブロックでその有効性をテストするための単純なアプローチの輪郭を描きます。

<table><tbody><tr><td>Ruthenium Trichloride hydrate</td><td>Pressure Chemical</td><td>3750</td><td></td></tr><tr><td>Concentrated hydrochloric acid</td><td>J.T. Baker</td><td>9535</td><td></td></tr><tr><td>Concentrated ammonium hydroxide</td><td>Mallinckrodt Chemical Works</td><td>A669C-2 1</td><td></td></tr><tr><td>Dowex 50 WX2 200-400 Mesh</td><td>Alfa Aesar</td><td>13945</td><td></td></tr><tr><td>Calcium Green 5N</td><td>Invitrogen</td><td>C3737</td><td></td></tr><tr><td>Digitonin</td><td>Aldrich</td><td>260746</td><td></td></tr><tr><td>DMSO</td><td>Aldrich</td><td>471267</td><td></td></tr><tr><td>EGTA</td><td>Aldrich</td><td>E3889</td><td></td></tr><tr><td>KCl</td><td>USB</td><td>20598</td><td></td></tr><tr><td>KH2PO4</td><td>Aldrich</td><td>P3786</td><td></td></tr><tr><td>MgCl2</td><td>Fisher Scientific</td><td>M33-500</td><td></td></tr><tr><td>HEPES</td><td>Fluka</td><td>54466</td><td></td></tr><tr><td>Sodium Succinate</td><td>Alfa Aesar</td><td>33386</td><td></td></tr><tr><td>EDTA</td><td>J.T. Baker</td><td>8993-01</td><td></td></tr><tr><td>Glucose</td><td>Aldrich</td><td>G5000</td><td></td></tr><tr><td>200 Round bottom flask</td><td>ChemGlass</td><td>CG-1506-14</td><td></td></tr><tr><td>Glass stopper</td><td>ChemGlass</td><td>CG-3000-05</td><td></td></tr><tr><td>10 mm x 15 cm glass column with reservoirs</td><td>Custom - similar to Chemglass columns</td><td>Similar to CG-1203-20</td><td></td></tr><tr><td>DMEM</td><td>Corning</td><td>10-017-CV</td><td></td></tr><tr><td>FBS</td><td>Gibco</td><td>10437028</td><td></td></tr><tr><td>PBS</td><td>Corning</td><td>21-040-CV</td><td></td></tr><tr><td>Round bottom Falcon tubes</td><td>Fisher Scientific</td><td>14-959-11B&amp;nbsp;</td><td></td></tr><tr><td>500 cm&lt;sup&gt;2&lt;/sup&gt; petri dishes</td><td>Corning</td><td>431110</td><td></td></tr><tr><td>Trypan blue</td><td>ThermoFisher Scientific</td><td>15250061</td><td></td></tr><tr><td>Hemacytometer</td><td>Aldrich</td><td>Z359629</td><td></td></tr><tr><td>Acrylic Cuvettes</td><td>VWR&amp;nbsp;</td><td>58017-875</td><td></td></tr><tr><td>UV-Vis spectrometer</td><td>Agilent Model Cary 8454&amp;nbsp;</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Spectrofluorimeter</td><td>SLM Model 8100C</td><td></td><td></td></tr><tr><td>IR spectrometer</td><td>Bruker Hyprion FTIR with ATR attachment</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Centrifuge</td><td>ALC Model PM140R</td><td></td><td></td></tr><tr><td>Inverted light microscope</td><td>VWR&amp;nbsp;</td><td>89404-462</td><td></td></tr></tbody></table>

synthesis and evaluation of a ruthenium-based mitochondrial calcium uptake inhibitor

我々 は、合成、精製、ミトコンドリアのカルシウム吸収阻害剤 [(OH2) (NH3)4とらぶる (μ-O) (NH3)4(OH2)]5 +を詳しく説明します。この化合物の最適化された合成開始 [Ru (NH3)5Cl] Cl2から 1 M で NH4密閉容器、緑のソリューションを降伏ああ。陽イオン交換クロマトグラフィーによる精製が行われます。この化合物は特徴あり紫外可視・赤外分光によって純粋に確認します。蛍光分光法によるグリセリンの HeLa 細胞におけるミトコンドリアのカルシウム吸収抑制プロパティを検索します。

このメソッドは、ミトコンドリアのカルシウム吸収阻害剤 [(OH2) (NH3)4とらぶる (μ-O) (NH3)4(OH2)] Cl5 [Ru (NH3)5Cl] Cl2から始まっての合成をについて説明します、よく知られている ruthenium(III) の出発原料。[Ru (NH3)5Cl]Cl2は 3200 cm-1、1608 cm-1、1298 cm-1...

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Synthesis and Evaluation of a Ruthenium-based Mitochondrial Calcium Uptake Inhibitor

ルテニウムによるミトコンドリアのカルシウム吸収阻害剤の合成と評価

合成・精製・ ミトコンドリアのカルシウム吸収のルテニウム系阻害剤の特性のためのプロトコルが表示されます。グリセリンの哺乳類細胞に対する有効性を評価するための手順が示されています。

We detail the synthesis and purification of a mitochondrial calcium uptake inhibitor, [(OH2)(NH3)4Ru(&#181;-O)Ru(NH3)4(OH2)]5+. The optimized synthesis of ...

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7.8K ビュー.  Cornell University. 合成・精製・ ミトコンドリアのカルシウム吸収のルテニウム系阻害剤の特性のためのプロトコルが表示されます。グリセリンの哺乳類細胞に対する有効性を評価するための手順が示されています。

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The Synthesis, Characterization and Reactivity of a Series of Ruthenium N-triphosPh Complexes

Herein we report the synthesis of a tridentate phosphine ligand N(CH2PPh2)3 (N-triphosPh) (1) via a phosphorus based Mannich reaction of the hydroxylmethylene phosphine precursor with ammonia in methanol under a nitrogen atmosphere. The N-triphosPh ligand precipitates from the solution after approximately 1 hr of reflux and can be isolated analytically pure via simple cannula filtration procedure under nitrogen. Reaction of the N-triphosPh ligand with [Ru3(CO)12] under reflux affords a deep red solution that show evolution of CO gas on ligand complexation. Orange crystals of the complex [Ru(CO)2{N(CH2PPh2)3}-&#954;3P] (2) were isolated on cooling to RT. The 31P{1H} NMR spectrum showed a characteristic single peak at lower frequency compared to the free ligand. Reaction of a toluene solution of complex 2 with oxygen resulted in the instantaneous precipitation of the carbonate complex [Ru(CO3)(CO){N(CH2PPh2)3}-&#954;3P] (3) as an air stable orange solid. Subsequent hydrogenation of 3 under 15 bar of hydrogen in a high-pressure reactor gave the dihydride complex [RuH2(CO){N(CH2PPh2)3}-&#954;3P] (4), which was fully characterized by X-ray crystallography and NMR spectroscopy. Complexes 3 and 4 are potentially useful catalyst precursors for a range of hydrogenation reactions, including biomass-derived products such as levulinic acid (LA). Complex 4 was found to cleanly react with LA in the presence of the proton source additive NH4PF6 to give [Ru(CO){N(CH2PPh2)3}-&#954;3P{CH3CO(CH2)2CO2H}-&#954;2O](PF6) (6).

The Synthesis, Characterization and Reactivity of a Series of Ruthenium N-triphosPh Complexes

Ruthenium phosphine complexes are widely used for homogeneous catalytic reactions such as hydrogenations. The synthesis of a series of novel tridentate ruthenium complexes bearing the N-triphos ligand N(CH2PPh2)3 is reported. Additionally, the stoichiometric reaction of a dihydride Ru&#8211;N-triphos complex with levulinic acid is described.

ルテニウムのシリーズの合成、キャラクタリゼーションと反応性<em&gt; N</em&gt; -triphos<sup&gt; Phで</sup&gt;錯体

Herein we report the synthesis of a tridentate phosphine ligand N(CH2PPh2)3 (N-triphosPh) (1) via a phosphorus based Mannich reaction of the ...

化学

Analyses of Mitochondrial Calcium Influx in Isolated Mitochondria and Cultured Cells

Ca2+ handling by mitochondria is a critical function regulating both physiological and pathophysiological processes in a broad spectrum of cells. The ability to accurately measure the influx and efflux of Ca2+ from mitochondria is important for determining the role of mitochondrial Ca2+ handling in these processes. In this report, we present two methods for the measurement of mitochondrial Ca2+ handling in both isolated mitochondria and cultured cells. We first detail a plate reader-based platform for measuring mitochondrial Ca2+ uptake using the Ca2+ sensitive dye calcium green-5N. The plate reader-based format circumvents the need for specialized equipment, and the calcium green-5N dye is ideally suited for measuring Ca2+ from isolated tissue mitochondria. For our application, we describe the measurement of mitochondrial Ca2+ uptake in mitochondria isolated from mouse heart tissue; however, this procedure can be applied to measure mitochondrial Ca2+ uptake in mitochondria isolated from other tissues such as liver, skeletal muscle, and brain. Secondly, we describe a confocal microscopy-based assay for measurement of mitochondrial Ca2+ in permeabilized cells using the Ca2+ sensitive dye Rhod-2/AM and imaging using 2-dimensional laser-scanning microscopy. This permeabilization protocol eliminates cytosolic dye contamination, allowing for specific recording of changes in mitochondrial Ca2+. Moreover, laser-scanning microscopy allows for high frame rates to capture rapid changes in mitochondrial Ca2+ in response to various drugs or reagents applied in the external solution. This protocol can be applied to measure mitochondrial Ca2+ uptake in many cell types including primary cells such as cardiac myocytes and neurons, and immortalized cell lines.

Here, we present two protocols for the measurement of mitochondrial Ca2+ influx in isolated mitochondria and cultured cells. For isolated mitochondria, we detail a plate reader-based Ca2+ import assay using the Ca2+ sensitive dye calcium green-5N. For cultured cells, we describe a confocal microscopy method using the Ca2+ dye Rhod-2/AM.

ミトコンドリアの分離と培養細胞におけるミトコンドリアのカルシウム流入の解析

Ca2+ handling by mitochondria is a critical function regulating both physiological and pathophysiological processes in a broad spectrum of cells. The ...

生化学

An In Vitro Enzymatic Assay to Measure Transcription Inhibition by Gallium(III) and H3 5,10,15-tris(pentafluorophenyl)corroles

Chemotherapy often involves broad-spectrum cytotoxic agents with many side effects and limited targeting. Corroles are a class of tetrapyrrolic macrocycles that exhibit differential cytostatic and cytotoxic properties in specific cell lines, depending on the identities of the chelated metal and functional groups. The unique behavior of functionalized corroles towards specific cell lines introduces the possibility of targeted chemotherapy.
Many anticancer drugs are evaluated by their ability to inhibit RNA transcription. Here we present a step-by-step protocol for RNA transcription in the presence of known and potential inhibitors. The evaluation of the RNA products of the transcription reaction by gel electrophoresis and UV-Vis spectroscopy provides information on inhibitive properties of potential anticancer drug candidates and, with modifications to the assay, more about their mechanism of action.
Little is known about the molecular mechanism of action of corrole cytotoxicity. In this experiment, we consider two corrole compounds: gallium(III) 5,10,15-(tris)pentafluorophenylcorrole (Ga(tpfc)) and freebase analogue 5,10,15-(tris)pentafluorophenylcorrole (tpfc). An RNA transcription assay was used to examine the inhibitive properties of the corroles. Five transcription reactions were prepared: DNA treated with Actinomycin D, triptolide, Ga(tpfc), tpfc at a [complex]:[template DNA base] ratio of 0.01, respectively, and an untreated control.
The transcription reactions were analyzed after 4 hr using agarose gel electrophoresis and UV-Vis spectroscopy. There is clear inhibition by Ga(tpfc), Actinomycin D, and triptolide.
This RNA transcription assay can be modified to provide more mechanistic detail by varying the concentrations of the anticancer complex, DNA, or polymerase enzyme, or by incubating the DNA or polymerase with the complexes prior to RNA transcription; these modifications would differentiate between an inhibition mechanism involving the DNA or the enzyme. Adding the complex after RNA transcription can be used to test whether the complexes degrade or hydrolyze the RNA. This assay can also be used to study additional anticancer candidates.

An In Vitro Enzymatic Assay to Measure Transcription Inhibition by GalliumIII and H3 5,10,15-trispentafluorophenylcorroles

Gallium(III) 5,10,15-(tris)pentafluorophenylcorrole and its freebase analogue exhibit low micromolar cell cytotoxicity. This manuscript describes an RNA transcription reaction, imaging RNA with an ethidium bromide-stained gel, and quantifying RNA with UV-Vis spectroscopy, in order to assess transcription inhibition by corroles and demonstrates a straightforward method of evaluating anticancer candidate properties.

アン<em&gt;インビトロ</em&gt;酵素アッセイは、ガリウム（III）とHによる転写阻害を測定する<sub&gt; 3</sub&gt; 5,10,15トリス（ペンタフルオロフェニル）corroles

Chemotherapy often involves broad-spectrum cytotoxic agents with many side effects and limited targeting. Corroles are a class of tetrapyrrolic ...

生物工学

Dose Uptake of Platinum- and Ruthenium-based Compound Exposure in Zebrafish by Inductively Coupled Plasma Mass Spectrometry with Broader Applications

Metals and metal-based compounds comprise multifarious pharmaco-active and toxicological xenobiotics. From heavy metal toxicity to chemotherapeutics, the toxicokinetics of these compounds have both historical and modern-day relevance. Zebrafish have become an attractive model organism in elucidating pharmaco- and toxicokinetics in environmental exposure and clinical translation studies. Although zebrafish studies have the benefit of being higher-throughput than rodent models, there are several significant constraints to the model.
One such limitation is inherent in the waterborne dosing regimen. Water concentrations from these studies cannot be extrapolated to provide reliable internal dosages. Direct measurements of the metal-based compounds allow for a better correlation with compound-related molecular and biological responses. To overcome this limitation for metals and metal-based compounds, a technique was developed to digest zebrafish larval tissue after exposure and quantify metal concentrations within tissue samples by inductively coupled plasma mass spectrometry (ICPMS).
ICPMS methods were used to determine the metal concentrations of platinum (Pt) from cisplatin and ruthenium (Ru) from several novel Ru-based chemotherapeutics in zebrafish tissue. Additionally, this protocol distinguished concentrations of Pt that were sequestered in the chorion of the larval compared with the zebrafish tissue. These results indicate that this method can be applied to quantitate the metal dose present in larval tissues. Further, this method may be adjusted to identify specific metals or metal-based compounds in a broad range of exposure and dosing studies.

The increased rate of pharmaco- and toxicokinetic analyses of metals and metal-based compounds in zebrafish can be advantageous for environmental and clinical translation studies. The limitation of unknown waterborne exposure uptake was overcome by conducting trace metal analysis on digested zebrafish tissue using inductively coupled plasma mass spectrometry.

ゼブラフィッシュにおけるプラチナおよびルテニウム系化合物曝露の線量取り込みは、より広い用途の誘導結合プラズマ質量分析法による

Metals and metal-based compounds comprise multifarious pharmaco-active and toxicological xenobiotics. From heavy metal toxicity to chemotherapeutics, the ...

<meta charset="utf8"></head><body>治療用および生物殺虫剤への応用のためのミトコンドリア機能の変化

Unveiling Xenobiotic Transport and Effects in Isolated Mitochondria: Insights from Respirometric and Enzymatic Assays

Mitochondria are often referred to as the cell's powerhouse due to their crucial role in energy production through the electron transport chain (ETC). However, their significance extends far beyond energy production. Dysregulation of mitochondrial bioenergetics can trigger intracellular cascades that impact health and cellular function. Given their physiological importance, there is growing interest in exploring the pharmacological potential of mitochondrial function for developing new therapies and bioproducts. Modulating mitochondrial bioenergetics could provide innovative approaches to address challenges such as neurodegenerative disorders, metabolic diseases, and cancer, as well as to develop bioproducts for controlling pests and vector-borne diseases.
This work presents a method for assessing the effects of xenobiotics on the electron transport chain (ETC) using various substrates, including glutamate and NADH for complex I, succinate for complex II, and cytochrome c (both oxidized and reduced) for complexes III and IV. This methodology allows the activation or inhibition of electron transport through mitochondrial complexes to be evaluated using a respirometer and spectrophotometer. The mitochondria can be sourced from isolated mitochondria, fragmented cells, or homogenized tissue from various species.
In the laboratory, mitochondrial function has been analyzed in Aedes aegypti and Wistar rats, but this method is also applicable to other species, such as Rhipicephalus microplus and Rhodnius prolixus. This approach provides the basis for theorizing about the existence of uncoupler proteins and species-specific oxidizable substrate preferences influenced by their unique energetic demands. Recent findings offer valuable insights into innovative bioinsecticide design strategies that target mitochondrial function, holding significant potential for effectively controlling vector-borne diseases and pest infestations.

<meta charset="utf8"></head><body>単離されたミトコンドリアにおける異種生物の輸送と効果の解明:呼吸器測定および酵素アッセイからの洞察

This study introduces a methodology for studying xenobiotic effects on mitochondrial function via respirometric and enzymatic assays. It examines electron transport chain modulation in various species, offering insights for targeted biopesticide development against insect vector-borne diseases.

単離されたミトコンドリアにおける異種生物の輸送と効果の解明:呼吸器測定および酵素アッセイからの洞察

Mitochondria are often referred to as the cell's powerhouse due to their crucial role in energy production through the electron transport chain (ETC). ...

Mitochondrial Ca2+ Retention Capacity Assay and Ca2+-triggered Mitochondrial Swelling Assay

The production of ATP by oxidative phosphorylation is the primary function of mitochondria. Mitochondria in higher eukaryotes also participate in cytosolic Ca2+ buffering, and the ATP production in mitochondrial can be mediated by intramitochondrial free Ca2+ concentration. Ca2+ retention capacity can be regarded as the capability of mitochondria to retain calcium in the mitochondrial matrix. Accumulated intracellular Ca2+ leads to the permeability of the inner mitochondrial membrane, termed the opening of mitochondrial permeability transition pore (mPTP), which leads to the leakage of molecules with a molecular weight less than 1.5 kDa. Ca2+-triggered mitochondria swelling is used to indicate the mPTP opening. Here, we describe two assays to examine the Ca2+ retention capacity and Ca2+-triggered mitochondrial swelling in isolated mitochondria. After certain amounts of Ca2+ are added, all steps can be completed in one day and recorded by a microplate reader. Thus, these two simple and effective assays can be adopted to assess the Ca2+-related mitochondrial functions.

Mitochondrial Ca2+ Retention Capacity Assay and Ca2+-triggered Mitochondrial Swelling Assay

This protocol aims to describe a method to examine the Ca2+ retention capacity and Ca2+- triggered mitochondrial swelling of isolated mitochondria of SH-SY5Y cells step-by-step.

ミトコンドリアの Ca2 +保持容量測定と Ca2 +-ミトコンドリアの膨潤アッセイをトリガー

The production of ATP by oxidative phosphorylation is the primary function of mitochondria. Mitochondria in higher eukaryotes also participate in ...

神経科学

Multi-parameter Measurement of the Permeability Transition Pore Opening in Isolated Mouse Heart Mitochondria

The mitochondrial permeability transition pore (mtPTP) is a non specific channel that forms in the inner mitochondrial membrane to transport solutes with a molecular mass smaller than 1.5 kDa. Although the definitive molecular identity of the pore is still under debate, proteins such as cyclophilin D, VDAC and ANT contribute to mtPTP formation. While the involvement of mtPTP opening in cell death is well established1, accumulating evidence indicates that the mtPTP serves a physiologic role during mitochondrial Ca2+ homeostasis2, bioenergetics and redox signaling 3.
mtPTP opening is triggered by matrix Ca2+ but its activity can be modulated by several other factors such as oxidative stress, adenine nucleotide depletion, high concentrations of Pi, mitochondrial membrane depolarization or uncoupling, and long chain fatty acids4. In vitro, mtPTP opening can be achieved by increasing Ca2+ concentration inside the mitochondrial matrix through exogenous additions of Ca2+ (calcium retention capacity). When Ca2+ levels inside mitochondria reach a certain threshold, the mtPTP opens and facilitates Ca2+ release, dissipation of the proton motive force, membrane potential collapse and an increase in mitochondrial matrix volume (swelling) that ultimately leads to the rupture of the outer mitochondrial membrane and irreversible loss of organelle function.
Here we describe a fluorometric assay that allows for a comprehensive characterization of mtPTP opening in isolated mouse heart mitochondria. The assay involves the simultaneous measurement of 3 mitochondrial parameters that are altered when mtPTP opening occurs: mitochondrial Ca2+ handling (uptake and release, as measured by Ca2+ concentration in the assay medium), mitochondrial membrane potential, and mitochondrial volume. The dyes employed for Ca2+ measurement in the assay medium and mitochondrial membrane potential are Fura FF, a membrane impermeant, ratiometric indicator which undergoes a shift in the excitation wavelength in the presence of Ca2+, and JC-1, a cationic, ratiometric indicator which forms green monomers or red aggregates at low and high membrane potential, respectively. Changes in mitochondrial volume are measured by recording light scattering by the mitochondrial suspension. Since high-quality, functional mitochondria are required for the mtPTP opening assay, we also describe the steps necessary to obtain intact, highly coupled and functional isolated heart mitochondria.

A spectrofluorometric protocol for the measurement of the mitochondrial permeability transition pore opening in isolated mouse heart mitochondria is presented here. The assay involves the simultaneous measurement of mitochondria Ca2+ handling, mitochondrial membrane potential and mitochondrial volume. The procedure for obtaining high-quality and functional heart mitochondria is also described.

単離ミトコンドリアマウス心臓における透水性遷移孔の開口部のマルチパラメータ測定

The mitochondrial permeability transition pore (mtPTP) is a non specific channel that forms in the inner mitochondrial membrane to transport solutes with ...

生物学

Simultaneous Measurement of Mitochondrial Calcium and Mitochondrial Membrane Potential in Live Cells by Fluorescent Microscopy

Apart from their essential role in generating ATP, mitochondria also act as local calcium (Ca2+) buffers to tightly regulate intracellular Ca2+ concentration. To do this, mitochondria utilize the electrochemical potential across their inner membrane (&#916;&#936;m) to sequester Ca2+. The influx of Ca2+ into the mitochondria stimulates three rate-limiting dehydrogenases of the citric acid cycle, increasing electron transfer through the oxidative phosphorylation (OXPHOS) complexes. This stimulation maintains &#916;&#936;m, which is temporarily dissipated as the positive calcium ions cross the mitochondrial inner membrane into the mitochondrial matrix.
We describe here a method for simultaneously measuring mitochondria Ca2+ uptake and &#916;&#936;m in live cells using confocal microscopy. By permeabilizing the cells, mitochondrial Ca2+ can be measured using the fluorescent Ca2+ indicator Fluo-4, AM, with measurement of &#916;&#936;m using the fluorescent dye tetramethylrhodamine, methyl ester, perchlorate (TMRM). The benefit of this system is that there is very little spectral overlap between the fluorescent dyes, allowing accurate measurement of mitochondrial Ca2+ and &#916;&#936;m simultaneously. Using the sequential addition of Ca2+ aliquots, mitochondrial Ca2+ uptake can be monitored, and the concentration at which Ca2+ induces mitochondrial membrane permeability transition and the loss of &#916;&#936;m determined.

Mitochondria can utilize the electrochemical potential across their inner membrane (&#916;&#936;m) to sequester calcium (Ca2+), allowing them to shape cytosolic Ca2+ signaling within the cell. We describe a method for simultaneously measuring mitochondria Ca2+ uptake and &#916;&#936;m in live cells using fluorescent dyes and confocal microscopy.

ルテニウムによるミトコンドリアのカルシウム吸収阻害剤の合成と評価

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ルテニウムのシリーズの合成、キャラクタリゼーションと反応性

ミトコンドリアの分離と培養細胞におけるミトコンドリアのカルシウム流入の解析

アン

ゼブラフィッシュにおけるプラチナおよびルテニウム系化合物曝露の線量取り込みは、より広い用途の誘導結合プラズマ質量分析法による

単離されたミトコンドリアにおける異種生物の輸送と効果の解明:呼吸器測定および酵素アッセイからの洞察

単離されたミトコンドリアにおける異種生物の輸送と効果の解明:呼吸器測定および酵素アッセイからの洞察

単離されたミトコンドリアにおける異種生物の輸送と効果の解明:呼吸器測定および酵素アッセイからの洞察

ミトコンドリアの Ca^{2 +}保持容量測定と Ca^{2 +}-ミトコンドリアの膨潤アッセイをトリガー

単離ミトコンドリアマウス心臓における透水性遷移孔の開口部のマルチパラメータ測定

蛍光顕微鏡による生細胞内のミトコンドリアのカルシウムとミトコンドリア膜電位の同時測定