This research was supported in part by NSF grant CHE-1229562 (VDGM), the Office of Undergraduate Research at Elon University, the Elon Chemistry Department, and the Elon Lumen Prize (TL and TAD), the Elon College Fellows Program (JAC), and the Elon College Honors Program (TAD).

Todos os experimentos com animais conformados com Institutos Nacionais de Saúde e diretrizes foram aprovadas pela Wake Forest University Animal Care e do Comitê Use. Casais reprodutores para SOD1G93A [B6SJL-TgN (SOD1-G93A) 1Gur] modelo de rato foram obtidos no Laboratório Jackson (Bar Harbor, ME). Do tipo selvagem (WT) fêmeas e machos SOD1G93A não transgênicas [B6SJL-TgN (SOD1-G93A) 1Gur] foram criados para gerar ratos SOD1G93A e ninhada WT não transgênicas que foram utilizados nos experimentos. 1. Modelos de Investigação <ol><li> Cultura celular <ol><li> Manter as células embrionárias de rim humano (HEK-T293) as células em DMEM suplementado com 10% de soro fetal bovino inactivado pelo calor, 1% de penicilina-estreptomicina, e 1% de L-glutamina, a 37 ° C em 5% de CO 2. </li><li> Cultivar células em frascos T75 e permitir-lhes chegar a 90% de confluência. </li><li> Levar a cabo a divisão celular através de tripsinização (0,25% de tripsina-EDTA) durante 3-5 min a 37 ° C em 5% de CO 2 </sub&gt;, A inactivação da tripsina com um volume igual de meio celular, e centrifugação das células durante 5 min a 700 xg a 4 ° C. </li><li> Aspirar a mídia e colocar o agregado de células em meios de cultura. </li><li> Semear as células em placa ou o frasco apropriado de 7 x 10 4 células para um frasco T75 48 h antes da citocina de tratamento. Isso deve dar ~ 70% de densidade no momento do tratamento. </li><li> Células morrem de fome de soro 24 horas mais tarde, aspirando a mídia e substituí-lo com o mesmo volume de meios livres de soro (DMEM, estéril). </li><li> Prepare o TNF-α, IL1-β, e IFN-γ, de pó liofilizado com água ultra-pura em concentrações úteis de 5 pg / mL, 10 ng / mL, e 10 ng / mL, respectivamente, e adicioná-los aos poços / frascos. </li><li> Soro mimo células fome pela adição de citocinas solubilizadas directamente ao meio de cultura de células de frascos apropriados. Os tratamentos consistiram de citocinas individuais, um cocktail de todos os 3 (designado por &quot;* 3&quot;), ou sterile água como um controlo (referido como &quot;0&quot;). </li><li> Incubar as células tratadas durante 24, 48 ou 72 horas antes da avaliação e colheita. </li></ol></li><li> Avaliação da viabilidade celular <ol><li> Adicione uma solução de 5 mg / ml de 3- (4,5-dimetiltiazol-2-il) -2,5-difeniltetrazólio (MTT) em PBS 1x. </li><li> Para placas de 12 poços, adicionar 100 ul de solução de MTT a cada poço e agitar suavemente para assegurar uma distribuição uniforme. </li><li> Incubar as placas durante 15 min-1 hora a 37 ° C em 5% de CO 2, e verificar sob um microscópio para a presença de uma coloração púrpura. Se nenhum roxo está presente, agite novamente e permitir que as células para incubar em intervalos de 5 minutos até que roxo é observado. A quantidade de tempo necessária, deve ser determinada por cada investigador. </li><li> Usando uma pipeta de repetição, adicionar 700 ul de MTT solvente (HCl 4 mM e NP40 a 0,1% em isopropanol) a cada poço e agitar a placa (s) à temperatura ambiente durante 5-10 minutos, ou até toda a cor púrpura tinha deixado as células . Se o roxocor não sai das células, adicionar um adicional de 200 mL de solvente e continuar a girar. </li><li> Para a análise, levar 100 uL de cada poço e colocar numa placa de 96 poços e lidas num leitor de placas usando 570 nm e um comprimento de onda de referência de 630 nm, 595 nm no entanto também é aceitável, desde que as leituras são tomadas a configurações consistentes. </li></ol></li><li> Modelo Animal de ALS <ol><li> Todos os experimentos com animais conformados com Institutos Nacionais de Saúde e diretrizes foram aprovadas pela Wake Forest University Animal Care e do Comitê Use. Casais reprodutores para SOD1G93A [B6SJL-TgN (SOD1-G93A) 1Gur] modelo de rato foram obtidos no Laboratório Jackson (Bar Harbor, ME). Do tipo selvagem (WT) fêmeas e machos SOD1G93A não transgênicas [B6SJL-TgN (SOD1-G93A) 1Gur] foram criados para gerar ratos SOD1G93A e ninhada WT não transgênicas que foram utilizados nos experimentos. </li><li> Realizar genotipagem com primers padrão contra SOD1 mutante 25. </li></ol></li></ol> 2. Isolamento de mitocôndrias ATENÇÃO: É importante trabalhar com rapidez e manter tudo em gelo durante todo o procedimento. <ol><li> Preparação de tampão de isolamento mitocondrial (MIB), tampão de isolamento da medula espinal (SC MIB) e tampão experimental (EB) <ol><li> Prepare as seguintes soluções de antecedência para MIB e EB. </li><li> Adicione 1 M Tris / MOPS por dissolução de 12,1 g de base Tris em 70 ml de H 2 O. Adicionar MOPS secos para obter o pH a 7,4. Ajustar o volume para 100 ml final. Esterilizar por filtração e armazenar a 4 ° C. </li><li> Faça 1 M Kphos misturando 80,2 ml de K 2 HPO 4 e 19,8 ml de KH 2 PO 4. Guarde-o em temperatura ambiente. </li><li> Adicione 0,2 M de EGTA / Tris, adicionando 3,8 g de EGTA a 10 ml de H 2 O. Adicionar 1 M Tris / MOPS até dissolvidos, ~ 30-40 ml. Ajuste para 50 ml, filtro estéril e armazenar em temperatura ambiente. Note-se que o pH ser ~ 6,7. </li><li> Adicione 1 M glutamato, fazendo 10 ml de1 M de solução de ácido glutâmico. Esterilizar por filtração e armazenamento de 4 ° C. </li><li> Adicione 1 M Malato fazendo 10 ml de 1 M de solução de ácido málico. Adicionar Tris / MOPS a 50 mM. Esterilizar por filtração e armazenar a 4 ° C. </li><li> Adicione MIB a uma concentração de 200 mM de sacarose, 10 mM de Tris / MOPS, pH 7,4, e 1 mM de EGTA / Tris. Esterilizar por filtração e armazenar a 4 ° C. </li><li> Adicione MIB SC a uma concentração de 250 mM de sacarose, 20 mM de HEPES-KOH, pH 7,5, KCl 10 mM, MgCl2 1,5 mM, EDTA 1 mM, EGTA 1 mM, DTT 1 mM, e cocktail inibidor de protease. </li><li> Adicione EB, a uma concentração de KCl 125 mM, Tris 10 mM / MOPS, pH 7,4, 5 mM de glutamato, 2,5 mM de malato, 1 mM de fosfato de K, pH 7,4, e 10 mM de EGTA / Tris. Esterilizar por filtração e armazenar a 4 ° C. </li></ol></li><li> Equipamento de preparação, antes da colheita das células. <ol><li> Lavar um pequeno recipiente de vidro e homogeneização pilão três vezes com água estéril e colocar em gelo. </li><li> Reúna os itens necessários, como uma broca standard, scra celularpers, 1,5 ml, 15 ml e 50 ml de tubos e soluções. </li></ol></li><li> As mitocôndrias Isolation <ol><li> Células cultivadas <ol><li> Para cada tipo de amostra, use dois frascos T175 de células. </li><li> Certifique-se de que as células são ~ 90% confluentes e usar em experiências de controlo, ou a placa e tratar como acima descrito no passo 1.2. </li><li> No topo da bancada, meios de aspirado e lavar as células aderentes duas vezes com 15 ml de 1x PBS de cada vez. </li><li> Aspirar o tampão e raspar frascos para remover as células aderentes a partir do fundo do balão. </li><li> Adicionar 15 ml de PBS 1x a cada frasco, redemoinho, e transferir para cada 15 ml tubos cônicos e colocar no gelo. </li><li> Uma vez que é feito raspagem, centrifugar os tubos durante 5 min a 700 xg, a 4 ° C utilizando uma mesa de centrífuga de topo, usando um rotor de balde oscilante. </li><li> Sobrenadantes Aspirar e ressuspender cada pellet em 1 ml de MIB. </li><li> Combine as duas suspensões e transferir para um pequeno recipiente de vidro para a homogeneização. </li><li> Adicionar MIBpara o reservatório até que atinja o tampão de primeira linha. Homogeneizar células com as pilão ligados a um misturador a velocidade média durante três passagens. Certifique-se que o navio está no gelo durante esta etapa, não para remover as pilão acima do líquido e usar uma velocidade constante com passes contínuas. </li><li> Transferir a solução homogeneizada de um tubo cónico de 50 ml. </li><li> Desenhe a solução para uma seringa de 3 ml usando um calibre 18 1 ½ polegada de agulhas e expulsá-lo de volta para o tubo cônico no gelo com uma agulha de calibre 27 ½ polegadas. Cuidar para expelir a solução contra a parede interior do tubo como para utilizar a força de ruptura da membrana celular. </li><li> Repetir os passos de seringa para um total de cinco vezes. </li><li> Transferir a solução para um tubo de 15 ml e centrifugar durante 5 minutos a 600 xg, a 4 ° C numa centrífuga de topo de mesa utilizando um rotor de balde oscilante. </li><li> Remova cuidadosamente o sobrenadante e distribuir entre três tubos de 1,5 ml. NOTA: Mitochondria são no sobrenadante após esta primeira, centrifugação de baixa velocidade, enquanto que as membranas celulares e as células não rompidas foram sedimentadas. </li><li> Tubos de centrifugação num rotor de ângulo fixo a 10000 xg, 4 ° C durante 5 min. </li><li> Sobrenadantes Aspirar e combinar as pelotas em 100 l MIB e coloque imediatamente em gelo. NOTA: As mitocôndrias são no sedimento após esta rotação de alta velocidade. As mitocôndrias será normalmente mantêm o seu potencial de membrana de ~ 2-3 de iões de gelo, depois do isolamento e são mais estáveis ​​como uma solução mãe concentrada no MIB. </li></ol></li><li> Isolamento mitocôndrias de tecido do mouse <ol><li> Anestesiar o mouse de acordo com o protocolo IACUC. Definir um vaporizador em 5,0% para induzir a anestesia. Confirmou que o animal é anestesiado por uma falta de reflexo para pitada pé ou reflexo de piscar quando o olho é abordado ou batido com um cotonete. Manter o rato sob anestesia por todo o procedimento cirúrgico, mantendo o vaporizador entre 1,5% e 2,0%. </li><li> Excise o fígado e da medula espinhal de cada animal e local separadamente no gelo frio 1x PBS - / - para enxaguar qualquer sangue. </li><li> Para o fígado, a transferência do tecido para um prato de pesagem em gelo e corte em pequenos pedaços utilizando uma lâmina de barbear fresco durante 1 min. </li><li> Adicionar tecido e tampão apropriado (MIB para o fígado ou SC MIB para a medula espinhal) para o reservatório até que atinja o tampão de primeira linha. Homogeneizar o tecido com o pilão à mão por cinco passes. Certifique-se que o navio está no gelo durante esta etapa, não para remover as pilão acima do líquido e usar uma velocidade constante com passes contínuas. </li><li> Transferir os homogeneizados para limpar tubos de 15 ml. </li><li> Tubos de centrifugação num rotor de ângulo fixo a 750 xg, a 4 ° C durante 10 min. </li><li> Salve os sobrenadantes para tubos limpos e colocá-los no gelo. NOTA: As mitocôndrias são no sobrenadante após esta primeira, centrifugação de baixa velocidade, enquanto que as membranas celulares e as células não rompidas foram sedimentadas. </li><li> Re-suspender as pelotas da medula espinhal in 500 ul de SC MIB. </li><li> Re-homogeneizar cada três vezes, só enchendo o recipiente com meio caminho SC MIB neste momento. </li><li> Transferir o novo homogeneizado para um tubo fresco. </li><li> Centrifugar a num rotor de ângulo fixo a 750 xg, a 4 ° C durante 10 min. </li><li> Combinar estes novos sobrenadantes, os quais contêm mais mitocôndrias, com o primeiro sobrenadante de cada amostra. </li><li> Tubos de centrifugação num rotor de ângulo fixo a 10000 xg, 4 ° C durante 5 min. </li><li> Aspirar os sobrenadantes e ressuspender as pastilhas de fígado em 500 ul de MIB e as pelotas medulares em 50 ul SC MIB e colocar imediatamente em gelo. NOTA: As mitocôndrias são no sedimento após esta rotação de alta velocidade. As mitocôndrias será normalmente mantêm o seu potencial de membrana de ~ 2-3 de iões de gelo, depois do isolamento e são mais estáveis ​​como uma solução mãe concentrada no MIB. </li><li> Realizar um ensaio de concentração de proteína para estimar a concentração de mitocôndrias em solução. Seguir as instruçõess para usando um Kit de Ensaio de Proteínas comerciais ou método semelhante 26. As concentrações típicas são de mitocôndrias: 2 frascos T175 rendimentos ~ 2 mg / mL, 1 de fígado de rato ~ 3-5 mg / ml, e um rato medula espinhal ~ 1-3 mg / ml. </li></ol></li></ol></li><li> Ensaio citocromo c usando um R &amp; D Rat / Mouse citocromo c Quantikine ELISA Kit (adaptado do protocolo fornecido pelo fabricante). <ol><li> Imediatamente antes de configurar as reações, diluir mitocôndrias a 0,5 mg / ml concentração trabalhar com EB e distribuir mitocôndrias diluídos em tubos de 1,5 ml para as reações (tipicamente 30-50 mL de mitocôndrias por tubo). </li><li> Adicionar ou EB ou DMSO, a 1% do volume total, para as mitocôndrias diluído e incuba-se as reacções no cimo da bancada durante 7-10 min. Estas reacções são estáveis ​​durante até 30 minutos à temperatura ambiente, se for necessário um período de tempo mais longo. </li><li> Mitocôndrias pelete por centrifugação num rotor de ângulo fixo a 10000 xg, a 4 ° C durante 5 min e cuidadosaly separar o sobrenadante e colocar em cada uma separada tubos de 1,5 ml. NOTA: Os tubos podem ser congeladas a -20 ° C para posterior análise ou utilizado imediatamente. </li><li> Determinar a libertação de citocromo c por uma comparação da concentração de citocromo c no sedimento e sobrenadante 27. <ol><li> Preparar as amostras por solubilização dos peletes no volume original da reacção com 0,5% de Tx-100 em PBS 1x. </li><li> Para cada amostra, preparar dois poços na placa de ELISA, uma para o sedimento agora solubilizado e um para o sobrenadante a partir da reacção por adição de 100 ul de conjugado de citocromo c (pode ser usado imediatamente para fora do frasco) mais 100 ul de 0,5% Tx 100 em 1x PBS, e então todo o sedimento ou sobrenadante da amostra. </li><li> Gentilmente vortex a placa um nível baixo (nível 2-4) por 20 segundos para misturar, tampa e incubar durante 1 hora, 37 ° C. </li><li> Em seguida, lava-se a placa quatro vezes com tampão de lavagem diluído de acordo com o FABRICAÇÃOinstruções de pronto-socorro. Remova qualquer excesso de solução tocando os poços em papel toalha. </li><li> Em seguida, adicionar 150 ul de 1: 1 de A + B Solução de desenvolvimento a cada poço e incubar a placa durante 20-30 minutos no escuro à temperatura ambiente. </li><li> Finalmente, adicione 50 ml de solução de parada em cada poço e fazer leituras de absorbância a 540 nm usando um leitor de microplacas. Calcular a quantidade de libertação de citocromo c por comparação da quantidade de citocromo c na pelete vs sobrenadante para cada reacção. </li></ol></li></ol></li></ol> 3. Avaliação da função mitocondrial (Dys) <ol><li> Imediatamente antes de reacções são configurados, diluir mitocôndrias a 0,5 mg / ml de concentração de trabalho com EB e colocado em tubos de 1,5 ml para as reacções (tipicamente 30-50 ul de mitocôndrias são utilizados por tubo). </li><li> Tratamentos mitocondriais <ol><li> Adicionar tratamentos apropriados (controlo EB, 1 uM FCCP misturado com 50 nM de valinomicina, 10 uM rotenona, 5 uM oligomicina, KCN 2 mM, ou 200 uM de ADP, as concentrações finais) para separar as reacções em 1/10 do volume total de mitocôndrias diluído. Incubar as reações na bancada para 7 min. NOTA: É preciso ter cuidado ao manusear estas substâncias como a ingestão ou absorção acidental através da pele pode ser prejudicial. </li><li> Diluir TMRE, reconstituído em água estéril a uma concentração de trabalho de 100 uM e armazenadas a -20 ° C, a 2 uM e adicionar um volume igual ao volume de reacção mitocondrial. </li><li> Incubar as reações na bancada para 7 min. </li><li> Mitocôndrias pelete por centrifugação num rotor de ângulo fixo a 10000 xg, a 4 ° C durante 5 min. </li><li> Carga de metade do volume de sobrenadante de cada amostra para uma placa de 396 poços e ler a fluorescência. NOTA: excitação e de emissão de comprimentos de onda TMRE deve ser optimizado de acordo com as instruções do fabricante e utilizando o volume e a placa que irá ser utilizado parao ensaio. Usando uma placa de 384 poços padrão preto com 25 ul de 1 uM TMRE (concentração final da reacção) o sinal mais forte foi obtido utilizando comprimentos de onda de excitação / emissão &#160; 485 nm / 535 nm. </li><li> Calcula-se a diferença em prega-fluorescência entre o controlo (EB) e cada tratamento dividindo o valor da fluorescência relativa (RFU), obtida a partir do leitor de placas para a amostra experimental pela RFU na amostra de controlo. </li></ol></li></ol>

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B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Methods+in+optical+oxygen+sensing:+protocols+and+critical+analyses.">Methods in optical oxygen sensing: protocols and critical analyses.</a> Methods in enzymology. 381, 715-735 (2004).</li><li>Galluzzi, L., 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=Methods+for+the+assessment+of+mitochondrial+membrane+permeabilization+in+apoptosis.">Methods for the assessment of mitochondrial membrane permeabilization in apoptosis.</a> Apoptosis : An International Journal On Programmed Cell Death. 12, 803-813 (2007).</li><li>Gurney, M. 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=Motor+neuron+degeneration+in+mice+that+express+a+human+Cu,Zn+superoxide+dismutase+mutation.">Motor neuron degeneration in mice that express a human Cu,Zn superoxide dismutase mutation.</a> Science. 264, 1772-1775 (1994).</li><li>Smith, P. 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=Measurement+of+protein+using+bicinchoninic+acid.">Measurement of protein using bicinchoninic acid.</a> Analytical Biochemistry. 150, 76-85 (1985).</li><li>Certo, 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=Mitochondria+primed+by+death+signals+determine+cellular+addiction+to+antiapoptotic+BCL-2+family+members.">Mitochondria primed by death signals determine cellular addiction to antiapoptotic BCL-2 family members.</a> Cancer Cell. 9, 351-365 (2006).</li><li>Hogeboom, G. H., Schneider, W. C., Pallade, G. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytochemical+studies+of+mammalian+tissues;+isolation+of+intact+mitochondria+from+rat+liver;+some+biochemical+properties+of+mitochondria+and+submicroscopic+particulate+material.">Cytochemical studies of mammalian tissues; isolation of intact mitochondria from rat liver; some biochemical properties of mitochondria and submicroscopic particulate material.</a> The Journal Of Biological Chemistry. 172, 619-635 (1948).</li><li>Hogeboom, G. H., Claude, A., Hotch-Kiss, R. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+distribution+of+cytochrome+oxidase+and+succinoxidase+in+the+cytoplasm+of+the+mammalian+liver+cell.">The distribution of cytochrome oxidase and succinoxidase in the cytoplasm of the mammalian liver cell.</a> The Journal of Biological Chemistry. 165, 615-629 (1946).</li><li>Marques-Fernandez, F., 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=TNFalpha+induces+survival+through+the+FLIP-L-dependent+activation+of+the+MAPK/ERK+pathway.">TNFalpha induces survival through the FLIP-L-dependent activation of the MAPK/ERK pathway.</a> Cell Death &amp; Disease. 4, e493 (2013).</li><li>Chao, C. C., Hu, S., Ehrlich, L., Peterson, P. K. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Interleukin-1+and+tumor+necrosis+factor-alpha+synergistically+mediate+neurotoxicity:+involvement+of+nitric+oxide+and+of+N-methyl-D-aspartate+receptors.">Interleukin-1 and tumor necrosis factor-alpha synergistically mediate neurotoxicity: involvement of nitric oxide and of N-methyl-D-aspartate receptors.</a> Brain, Behavior, And Immunity. 9, 355-365 (1995).</li><li>Downen, M., Amaral, T. D., Hua, L. L., Zhao, M. L., Lee, S. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Neuronal+death+in+cytokine-activated+primary+human+brain+cell+culture:+role+of+tumor+necrosis+factor-alpha.">Neuronal death in cytokine-activated primary human brain cell culture: role of tumor necrosis factor-alpha.</a> Glia. 28, 114-127 (1999).</li><li>Schildberger, A., Rossmanith, E., Weber, V., Falkenhagen, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Monitoring+of+endothelial+cell+activation+in+experimental+sepsis+with+a+two-step+cell+culture+model.">Monitoring of endothelial cell activation in experimental sepsis with a two-step cell culture model.</a> Innate Immunity. 16, 278-287 (2010).</li><li>Brown, M. 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=Nitrogen+disruption+of+synaptoneurosomes:+an+alternative+method+to+isolate+brain+mitochondria.">Nitrogen disruption of synaptoneurosomes: an alternative method to isolate brain mitochondria.</a> Journal Of Neuroscience Methods. 137, 299-303 (2004).</li><li>Wong, A., Cortopassi, G. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=High-throughput+measurement+of+mitochondrial+membrane+potential+in+a+neural+cell+line+using+a+fluorescence+plate+reader.">High-throughput measurement of mitochondrial membrane potential in a neural cell line using a fluorescence plate reader.</a> Biochemical and Biophysical Research Communications. 298, 750-754 (2002).</li><li>Blattner, J. R., He, L., Lemasters, J. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Screening+assays+for+the+mitochondrial+permeability+transition+using+a+fluorescence+multiwell+plate+reader.">Screening assays for the mitochondrial permeability transition using a fluorescence multiwell plate reader.</a> Analytical Biochemistry. 295, 220-226 (2001).</li><li>Kataoka, M., Fukura, Y., Shinohara, Y., Baba, Y. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Analysis+of+mitochondrial+membrane+potential+in+the+cells+by+microchip+flow+cytometry.">Analysis of mitochondrial membrane potential in the cells by microchip flow cytometry.</a> Electrophoresis. 26, 3025-3031 (2005).</li><li>Del Gaizo Moore, V., Payne, R. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Transactivator+of+transcription+fusion+protein+transduction+causes+membrane+inversion.">Transactivator of transcription fusion protein transduction causes membrane inversion.</a> The Journal of Biological Chemistry. 279, 32541-32544 (2004).</li></ol>

The authors have nothing to disclose.

O tratamento de células HEK-293T com citocinas recombinantes provoca quantidades moderadas de morte de células ao longo de 48 horas (Figura 1). A quantidade de morte celular induzida por tratamento TNF-alfa é semelhante aos estudos previamente relatados 30 e a viabilidade celular diminui após a co-administração de várias citocinas que são maiores do que as quantidades aditivas com qualquer citocina sozinha também é consistente com a literatura 31,32. A capacidade de ajust...

As células vivas depositar energia metabólica sob a forma de gorduras e hidratos de carbono e utilizar esta energia para a biossíntese, transporte de membrana e movimento. Alguma energia é obtida no citossol através da conversão dos açúcares alimentares directamente em ATP durante a glicólise. No entanto, a principal fonte de produção de ATP numa célula é aproveitada dentro das mitocôndrias através da cadeia respiratória mitocondrial 1. A arquitectura de mitocôndrias proporciona a orientação espacial necessária para a produção de ATP efectiva e eficiente. As mitocôndrias possuem uma membrana dupla separados por um espaço intermembranar e em conjunto com a matriz, o compartimento mitocondrial mais interna, a casa dos componentes e coordenar as reacções químicas envolvidas na geração de ATP. A membrana interna contém uma série de complexos de proteínas ligadas a membranas que compreendem a cadeia respiratória, assim como o ATP sintase, o complexo de proteína que traz ADP e Pi juntos para a formação de ATP. A pousadamembrana er é dobrada em cristas e os elétrons são passados ​​ao longo dos complexos da cadeia respiratória através do citocromo c, uma transportadora de electrões solúvel que se move entre os complexos dentro do espaço intermembranar. Como electrões mover, a oxidação de equivalentes redutores ocorre e os iões de hidrogénio são bombeados da matriz para o espaço intermembranar. Como consequência da elevada concentração de iões no interior do espaço intermembranar, um gradiente electroquímico constrói resultando em um potencial de membrana, através da membrana mitocondrial interna (Δψ) 2. O oxigênio é o receptor de elétrons final da cadeia de transporte de elétrons e íons de hidrogênio fluir através das sintases ATP do espaço intermembranar de volta para a matriz, e ao fazê-lo diretamente causar a formação de ATP. Este processo tal como descrito na sua totalidade, é conhecida como a fosforilação oxidativa. As dobras do cristas aumentar a área de superfície da membrana interior, permitindo o transporte de electrões máxima e a produção de ATP dentrocada mitocôndria. As proteínas, enzimas e outras moléculas envolvidas na fosforilação oxidativa são derivadas de ambos os genes nucleares e mitocondriais. A mitocôndria contém seu próprio DNA circular, de codificação para 13 proteínas, bem como tRNAs e mRNAs necessárias para a produção de ATP 3. No entanto, muitas mais proteínas são necessárias e, portanto, são nuclear codificado. A maior parte destas proteínas nucleares codificados são direccionadas para a matriz mitocondrial pelo uso de pré-sequências na extremidade N-terminal da proteína precursora, e a sua importação é impulsionado em parte por Δψ 4,5. Além de contribuir para a bioenergética da célula, as mitocôndrias também influenciar principais processos metabólicos, tais como o TCA e beta-oxidação, a sinalização celular através da regulação de cálcio, bem como um papel-chave na apoptose 6. Especificamente, durante períodos de estresse celular, proteínas BCL-2 familiares que residem em ou interagir na membrana externa mitocondrial pode causar mitocondriala permeabilidade da membrana externa (MOMP) 7,8. Durante MOMP, citocromo c e outras proteínas são libertadas no citosol, e, juntamente com várias proteínas citosólicas formar um complexo denominado apoptossomo 9,10. O apoptossomo ativa caspases que transitam para a decompor as proteínas celulares e DNA durante a fase de execução da apoptose. Assim como ocorre MOMP, ΔΨ é recolhido e produção de ATP interrompida. Assim, a função mitocondrial, tal como apoptose é iniciada é comprometida e mudanças na ΔΨ pode ser correlacionada com mitocondrial e célula de saúde 12. Enquanto a apoptose é um ponto final em muitos modelos de doenças, a função mitocondrial e mudanças para ΔΨ também pode fornecer informações valiosas sobre a origem e / ou progressão da doença. Por exemplo, as alterações estruturais e funcionais mitocondriais foram documentadas durante o decurso de doenças neurodegenerativas 13,14. Na primeira parte do protocolo, isolação de mitocôndrias intactas que conservam a sua ΔΨ é descrito. As células HEK-293T foram expostas a diferentes concentrações e combinações de recombinante de TNF-α, IL1-β e IFN-γ para induzir apoptose. Estas citocinas foram escolhidos porque eles são frequentemente relatada como sendo elevada em amostras sépticas humanos primários 15 e a via extrínseca da apoptose pode ser desencadeada pela interacção de ligação ao seu receptor de TNF-α 6. Uma vez que existem variações subtis necessárias para isolar mitocôndrias funcionais de tecidos primários, em comparação com células cultivadas, e porque muita pesquisa utiliza animais, o protocolo também descreve como isolar mitocôndrias de fígado e de medula espinal de anterior esclerose lateral (ALS) modelo de ratinho. A segunda parte do protocolo foi desenvolvido para controlar as perturbações do potencial de membrana mitocondrial utilizando um corante fluorescente sensível ao potencial com um leitor de placa fluorescente. Diferenças entre o estado celular (isto é, saudáveis ​​vs insalubre) são diferenciados por quantificação da força de ΔΨ de mitocôndrias isoladas em conjunto com agentes de desacoplamento, inibidores da cadeia respiratória, inibidores do complexo e ionóforos, os quais causam a dissipação do potencial da membrana mitocondrial. Quanto mais saudável as mitocôndrias, quanto maior for a alteração na ΔΨ aquando do tratamento com inibidores mitocondriais, por conseguinte, a resposta das mitocôndrias podem ser utilizadas como um indicador da função mitocondrial (dis). Uso de mitocôndrias isoladas em vez de na avaliação in situ da função oferece uma evidência definitiva de que o tratamento de uma patologia ou modula alterações directamente para o organelo 16-18. Embora existam métodos na literatura para isolar mitocôndrias de células cultivadas, eles são vagos 17 e / ou utilizar equipamentos especializados 16. Este protocolo descreve em pormenor o método de isolamento e éfacilmente adaptável a outras linhas celulares, incluindo o tecido primário e culturas 13,14,19,20. Muitos estudos mitocôndrias isoladas utilizar as mesmas desacopladores mitocondriais e inibidores utilizados neste protocolo, mas com um eletrodo de Clark (21 é um exemplo representativo de muitos trabalhos na literatura), que por sua vez é uma peça muito específica e especializada de equipamentos. Além disso, este método tradicional tem limitações tais como baixo rendimento e alta complexidade 22,23 e requer uma quantidade substancial de mitocôndrias (~ 500 ng / reacção). Neste protocolo, o potencial fluorescente TMRE sonda de detecção de membrana é utilizado em conjunto com um leitor de placas fluorescente, que é uma máquina padrão em muitos laboratórios. TMRE é amplamente considerada, uma vez que rapidamente entra nas células e mitocôndrias isoladas e podem ser usadas em baixas concentrações 24. Várias reações podem ser rapidamente configurado em conjunto e em lotes analisados ​​usando esse protocolo. Além disso, a reacçãos requer uma pequena quantidade muito de mitocôndrias isoladas (~ 10 ug / reacção). Ao exigir menos material, amostras de tecido ou de cultura de células mais pequenas pode ser utilizada como um ponto de partida para o isolamento de mitocôndrias, mais repetições ou as reacções podem ser configurados, e material potencialmente suficiente para outras experiências mitocôndrias isoladas, tais como a produção de ATP, o consumo de oxigénio, ou importação Os ensaios são possíveis.

<table border="0" cellpadding="0" cellspacing="0" width="686">
	<tbody>
		<tr height="42">
			<td height="42" style="height:42px;width:209px;">Name of Material/ Equipment</td>
			<td style="width:137px;">Company</td>
			<td style="width:163px;">Catalog Number</td>
			<td style="width:179px;">Comments/Description</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">L-glutamic acid</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>G1251</td>
			<td>Can use the potassium salt instead.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">malic acid</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M8304</td>
			<td>Can use the potassium salt instead.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">KH2PO4</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P0662</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">K2HPO4</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P3786</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">EGTA</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>E3889</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Trisma base</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T6066</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">MOPS</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M3183</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">CCCP</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>C2920</td>
			<td>Dilute down to 100uM as a working stock in ethanol and store at -20C.&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Valinomycin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>V0627</td>
			<td>Make in DMSO and use as a 5uM working stock. Store at -20C.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">sucrose</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>S5-500</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">KCN</td>
			<td>Mallinckrodt</td>
			<td align="right">6379</td>
			<td>Make a concentrated stock in ethanol and then dilute with water&#160;</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">rotenone</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>R8875</td>
			<td>Highly toxic. Made in ethanol.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">oligomycin</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>O4876</td>
			<td>Highly toxic. Made in ethanol.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">ADP</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A2754</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">TMRE</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>8717-25mg</td>
			<td>Dilute 100uM stock with EB immediatley before use.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">DMEM</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>11965-084</td>
			<td>1x regular (high glucose).</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Pen/Strep</td>
			<td>Invitrogen</td>
			<td>15140-155</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">L-glutamine</td>
			<td>Fisher</td>
			<td>SH3002101</td>
			<td>Store aliquots at -20C</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">FBS</td>
			<td>Lonza</td>
			<td>14-501F</td>
			<td>US origin, premium quality. Heat inactivate and store aliquots at -20</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Trypsin-EDTA</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>T4049</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">DMSO</td>
			<td>SIgma</td>
			<td>D2650</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:209px;">Protien Assay Dye (5x)</td>
			<td style="width:137px;">Bio-Rad</td>
			<td style="width:163px;">500-0006</td>
			<td>Any protein assay can substitute.</td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:209px;">BSA</td>
			<td style="width:137px;">Fisher</td>
			<td style="width:163px;">BP1600-100</td>
			<td>Make 2mg/mL stock in water for protein assay.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">MTT powder</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M2128</td>
			<td>Filter sterlize 5mg/mL stock made in PBS. Store aliquots at -20C; store at 4C for up to 1 week.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Tergitol solution (NP-40)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>NP40S</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Recombinant Human IL-1B</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>PCH08014</td>
			<td>Once opened store aliquots at -20C</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Recombinant Human TNF-alpha</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>PHC3015L</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;">Recombinant Human IFN-gamma</td>
			<td style="width:137px;">Gibco</td>
			<td>PHC4031</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr height="21">
			<td height="21" style="height:21px;width:209px;">Dulbeccos PBS (-/-)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td style="width:163px;">D8537</td>
			<td>Make sure it is without Mg2+ and Ca2+ ions.</td>
		</tr>
		<tr height="20">
			<td height="20" style="height:20px;">Cytochrom c ELISA kit</td>
			<td>R&#38;D systems</td>
			<td>DTC0</td>
			<td>Human for HEK-293T cells.&#160;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

isolation and functional analysis of mitochondria from cultured cells and mouse tissue

Comparison between two or more distinct groups, such as healthy vs. disease, is necessary to determine cellular status. Mitochondria are at the nexus of cell heath due to their role in both cell metabolism and energy production as well as control of apoptosis. Therefore, direct evaluation of isolated mitochondria and mitochondrial perturbation offers the ability to determine if organelle-specific (dys)function is occurring. The methods described in this protocol include isolation of intact, functional mitochondria from HEK cultured cells and mouse liver and spinal cord, but can be easily adapted for use with other cultured cells or animal tissues. Mitochondrial function assessed by TMRE and the use of common mitochondrial uncouplers and inhibitors in conjunction with a fluorescent plate reader allow this protocol not only to be versatile and accessible to most research laboratories, but also offers high throughput.

O tratamento de células HEK-293T com 200 pg / ml de TNF-α, 40 ng / ml de IL1-β, e 75 ng / ml de IFN-γ (* 3) durante 24-48 h, conduz a quantidades progressivas de morte celular (Figura 1A ). A viabilidade celular foi avaliada utilizando ensaios de MTT e consistentemente demonstra que existe ~ diminuição de 10% na viabilidade celular com o tratamento com 24 ~ hr e diminuição de 20% com o tratamento de 48 horas. As células tratadas com concentrações semelhantes (100 pg / ml de TNF-α, 40 ng / ml...

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Isolation and Functional Analysis of Mitochondria from Cultured Cells and Mouse Tissue

Comparison of mitochondrial membrane potential between samples yields valuable information about cellular status. Detailed steps for isolating mitochondria and assessing response to inhibitors and uncouplers using fluorescence are described. The method and utility of this protocol are illustrated by use of a cell culture and animal model of cellular stress.

Isolamento e Análise Funcional de mitocôndrias de células cultivadas e mouse Tissue

Comparison between two or more distinct groups, such as healthy vs. disease, is necessary to determine cellular status. Mitochondria are at the nexus of ...

isolation-functional-analysis-mitochondria-from-cultured-cells-mouse

Research

JoVE Journal

Biology

39.1K visualizações.  Elon University. Comparison of mitochondrial membrane potential between samples yields valuable information about cellular status. Detailed steps for isolating mitochondria and assessing response to inhibitors and uncouplers using fluorescence are described. The method and utility of this protocol are illustrated by use of a cell culture and animal model of cellular stress. 