Method Article
İnsan retinal pigment epitel hücrelerinin (H-RPE) metabolik durumu, sağlıklarını ve işlevlerini yansıtır. Burada, yüksek çözünürlüklü respirometri kullanarak H-RPE'nin gerçek zamanlı metabolik akısını incelemek için optimize edilmiş bir protokol sunulmaktadır.
Retinal pigment epitel hücrelerinin (RPE) metabolik disfonksiyonu, yaşa bağlı makula dejenerasyonu (AMD) ve proliferatif vitreoretinopati (PVR) gibi retina hastalıklarının önemli bir patojenik itici gücüdür. RPE metabolik olarak oldukça aktif hücreler olduğundan, metabolik durumlarındaki değişiklikler sağlık ve işlevlerindeki değişiklikleri yansıtır. Yüksek çözünürlüklü respirometri, sırasıyla hücre dışı asitleşme hızının (ECAR) ve oksijen tüketim hızının (OCR) nicelleştirilmesi yoluyla iki ana biyoenerjetik yolağın, glikoliz ve mitokondriyal oksidatif fosforilasyonun (OXPHOS) gerçek zamanlı kinetik analizine izin verir. Aşağıdakiler, primer insan retinal pigment epitel hücreleri (H-RPE) üzerinde yüksek çözünürlüklü respirometri yapmak için optimize edilmiş bir protokoldür. Bu protokol, bazal ve maksimal OXPHOS ve glikolitik kapasitelerini tanımlamak için RPE'nin biyoenerjetik profillerinin üretilmesinde yer alan adımların ayrıntılı bir açıklamasını sağlar. H-RPE'nin mitokondriyal ve glikolitik makineleri hedef alan farklı ilaç enjeksiyonlarına maruz bırakılması, anahtar metabolik parametrelerin hesaplanabileceği tanımlanmış biyoenerjetik profillerle sonuçlanır. Bu protokol, RPE'de maksimum solunum kapasitesini indüklemek için karbonil siyanür p-triflorometoksifenilhidrazon (FCCP) ile karşılaştırıldığında BAM15'in bir ayırma ajanı olarak gelişmiş tepkisini vurgulamaktadır. Bu protokol, farklı hastalık koşulları altında RPE'nin biyoenerjetik durumunu incelemek ve RPE'nin bazal metabolik durumunu iyileştirmede yeni ilaçların etkinliğini test etmek için kullanılabilir.
Retinal pigment epitel hücreleri (RPE), fotoreseptörler ile koryokapillarisin fenestrated endotelyumu arasında stratejik olarak yer alan pigmentli epitel hücrelerinin tek katmanlı bir tabakası olarak bulunur. RPE, (1) dökülen fotoreseptör disklerinin fagositozu, (2) görsel döngüyü korumak için görsel pigmentin geri dönüşümü, (3) besinlerin, metabolitlerin, iyonların ve suyun taşınması, (4) ışığın emilimi, (5) fotooksidasyona karşı koruma, (6) retina bütünlüğünü desteklemek için gerekli faktörlerin salgılanması ve (7) dış kan-retina bariyerinin oluşumu1 dahil olmak üzere çok sayıda fonksiyonla metabolik olarak oldukça aktiftir . RPE'nin dejenerasyonu metabolik disfonksiyon ve mitokondriyal defektlerle ilişkilidir ve yaşa bağlı makula dejenerasyonu (AMD) ve proliferatif vitreoretinopati (PVR)2 gibi kör edici göz hastalıklarına yol açar.
İki önemli biyoenerjetik yolak, sitoplazmada meydana gelen glikoliz ve mitokondride meydana gelen oksidatif fosforilasyonu (OXPHOS) içerir. Glikoliz sırasında, bir glikoz molekülü iki piruvat molekülüne ve iki adenozin trifosfat (ATP) molekülünün net üretimine dönüştürülür. Glikolizin aksine, OXPHOS çok daha yüksek seviyelerde ATP üretir (glikoz molekülü başına ~ 32-38 ATP molekülü). Özellikle, OXPHOS oksijen tüketir ve fonksiyonel mitokondrinin oluşmasını gerektirirken, glikoliz sitoplazmada meydana gelir ve oksijen gerektirmez.
Mitokondriyal solunumu incelemek için floresan veya fosforesans bazlı tekniklerin kullanılmasından önce, Clark tipi oksijen elektrodu3 ile donatılmış odalardaki geçirgen hücre süspansiyonlarında oksijen seviyeleri ölçülmüştür. Clark elektrodu, floresan bazlı respirometriden çok daha ucuz olmasına ve yapışkan olmayan hücrelerde çalışmasına rağmen, nispeten düşük verimlidir, her solunum çalışması yaklaşık 15-20 dakika sürer ve her numune için çok daha yüksek miktarda hücre gerektirir3. Böylece, floresan bazlı respirometri tekniği büyük ölçüde Clark elektrodunun yerini almış ve metabolizma ve mitokondriyal araştırma alanlarında popüler bir teknik haline gelmiştir.
Bu protokol, canlı hücrelerin OXPHOS ve glikolitik biyoenerjetik profillerini kinetik olarak ölçen yüksek verimli, yüksek çözünürlüklü, floresan bazlı bir respirometri tekniğini tanımlar. OXPHOS prosesi oksijen tükettiğinden, OXPHOS için biyoenerjetik profil, zaman içinde oksijen tüketim oranındaki (OCR) değişikliklerin haritalanmasıyla üretilir4. Bu teknikte, ışık yayan ve floroforları heyecanlandıran fiber optik demetlere bağlı sensör kartuşu manşonuna iki florofor gömülüdür. Florofor emisyonundaki değişiklikler, son derece hassas floresan sensörleri tarafından ölçülür ve OCRokuma 5'e dönüştürülmek üzere fiber optik demet üzerinden iletilir. Florofor oksijen tarafından söndürülür, böylece oksijen akısı veya OCR olarak bilinen tahlil ortamındaki hücre dışı oksijen seviyelerinin belirlenmesini sağlar. Diğer florofor, hücre dışı asitleşme hızının (ECAR) bir ölçüsüne dönüştürülen proton efflux'teki değişikliklere duyarlı bir pH sensörü probudur. Ölçümler sırasında, gömülü floroforlara sahip fiber optik demetler, hücre tek katmanının 200 μm yukarısına indirilerek hızlı, gerçek zamanlı okumalara olanak tanıyan geçici bir mikro oda oluşturulur. Oksijen veya proton seviyelerinde %10'luk bir değişiklik tespit edildiğinde, sensörler yukarı doğru kaldırılarak daha büyük hacimli ortamların geçici mikro odacıklı ortamla karışmasına izin verilerek OCR ve ECAR değerleri taban çizgisine geri yüklenir. Her sensör kartuşu, tahlil sırasında kuyu başına dört bileşiğin sıralı olarak uygulanmasına izin vermek için dört bağlantı noktası ile donatılmıştır. Ölçümler, her bir porttaki bileşiklerin enjeksiyonundan önce ve sonra toplanabilir ve hücrelerin metabolik durumu hakkında önemli bilgileri ortaya çıkarır.
Bu iki farklı metabolik yolun sorgulanması, farklı patojenik uyaranlara maruz kaldıktan sonra RPE'nin metabolik durumu ile ilgili önemli keşifler sağlayabilir ve böylece RPE 6,7,8'in metabolik bütünlüğünü geri kazanmada ilaçların etkinliğini test etmek için kullanılabilir. Yüksek verimli respirometrinin ortaya çıkışı ve spesifik mitokondriyal inhibitörlerin mevcudiyeti, RPE'nin biyoenerjetik profillerinin tanımlanmasında ve hastalık durumları sırasında metabolizma ve mitokondrideki kusurların belirlenmesinde daha fazla araştırmayı teşvik etmiştir 6,7,8,9,10,11,12,13 . Yüksek çözünürlüklü respirometri, AMD ve PVR gibi retinal patolojilerde RPE'nin metabolik olarak yeniden programlanmasının anahtar rolünü vurgulamıştır. AMD ve PVR patogenezinde rol oynayan iki anahtar sitokin, transforme edici büyüme faktörü-beta 2 (TGFβ2) ve tümör nekroz faktörü-alfa (TNFa). TGFβ2 ile epitelyal-mezenkimal geçişin (EMT) indüksiyonuna mitokondriyal disfonksiyon, OXPHOS supresyonu ve RPE6'da glikolitik kapasitede telafi edici bir artış eşlik eder. Daha yakın zamanlarda, pro-inflamatuar sitokin TNFa'nın, H-RPE7'de bazal OXPHOS'un önemli bir upregülasyonunu ve azalmış glikolizi indüklediği gösterilmiştir. Dimetil fumarat uygulaması, H-RPE'de TNFa kaynaklı inflamasyonu önemli ölçüde baskıladı ve mitokondriyal morfolojiyi ve bazal biyoenerjetik profilleri restore etti7. Bu iki büyüme faktörünün neden olduğu farklı metabolik profiller, retina hastalıklarında metabolik yeniden programlamanın katılımı ile ilgili ilginç mekanik soruları teşvik etmektedir. Aşağıdaki protokol, yüksek çözünürlüklü respirometri kullanarak H-RPE'de OXPHOS ve glikolitik biyoenerjetik profillerin değerlendirilmesi için gereken adımları açıklamaktadır.
1. Hücre kültürü plakasında H-RPE kaplaması
2. Tahlili çalıştırmadan önceki gün
3. Hücre dışı akı analizörünü kullanarak gerçek zamanlı Mito Stres Testi
4. Hücre dışı akı analizörünü kullanarak gerçek zamanlı Glikolitik Stres Testi
5. BCA protein niceleme testi
NOT: Biskinkonik asit (BCA) protein niceleme testi (Smith testi15 olarak da bilinir), bir numunedeki toplam protein içeriğini belirlemek için kullanılan bakır bazlı bir kolorimetrik tahlildir. OCR ve ECAR verilerinin her bir kuyucuktaki protein mikrogramına normalleştirilmesi, her bir kuyucuktaki farklı miktarlarda hücrenin / proteinin okumaları çarpıtmamasını sağlar. BCA testinin mekanizması iki kimyasal reaksiyona dayanmaktadır. İlk olarak, proteinlerdeki peptit bağları, kuprak iyonlarını (Cu2 +) daha yüksek sıcaklıklar (37 ila 60 ° C) tarafından desteklenen sıcaklığa bağlı bir reaksiyon olan kükürt iyonlarına (Cu +) indirger. Daha fazla peptit bağı varsa, Cu2 + miktarını çözelti16'daki protein içeriğiyle orantılı hale getirin. Bu reaksiyon, yeşilden yoğun bir mor çözeltiye renk değişimine neden olur ve 562 nm16'da tepe emilimi ile sonuçlanır. Numunedeki protein içeriği ne kadar yüksek olursa, bu dalga boyundaki absorbans o kadar yüksek olur. Bu kitin çalışma aralığı 20-2.000 μg / mL'dir.
Cihaz, her çalışma için aynı anda hem OCR hem de ECAR'ı ölçer. Mito Stres Testi için parametre hesaplamaları OCR okumalarına (Şekil 3A) dayanırken, Glikolitik Stres Testi için parametre hesaplamaları ECAR okumalarına dayanmaktadır (Şekil 3B). Şekil 3, Mito Stres Testi OCR eğrisinin zaman içindeki temsili grafiklerini (Şekil 3C) ve H-RPE için çubuk grafikler şeklinde parametre hesaplamalarını (Şekil 3D) göstermektedir. Glikolitik Stres Testi, zaman içinde bir ECAR eğrisi olarak temsil edilir (Şekil 3E) ve parametre hesaplamaları H-RPE için çubuk grafiklerde görüntülenir (Şekil 3F).
Bazal solunum, bazal koşullar altında hücrelerin enerjik taleplerinin anlaşılmasını sağlar17. İlk ilaç enjeksiyonu olan oligomisin (Oligo), bir ATP sentaz inhibitörüdür ve bu nedenle, ilk ilaç enjeksiyonunu takiben OCR'nin herhangi bir şekilde azaltılması, ATP'ye bağlı solunum18'in bir ölçüsüdür. Sonraki ilaç enjeksiyonlarını takiben kalan herhangi bir bazal solunum, ATP sentezine bağlanmadığı için proton sızıntısı olarak kabul edilir. Artmış proton sızıntısı, fizyolojik olarak mevcut olan ancak obezite, kanser, tip 2 diyabet ve kardiyovasküler hastalık19 gibi patolojilerle de bağlantılı olan proteinlerin ayrılmasıyla düzenlenen mitokondriyal ayrışmanın arttığını gösterebilir. İkinci enjeksiyon, mitokondrinin maksimum solunum potansiyelini belirlemek için BAM15 veya FCCP gibi bir ayırma ajanıdır. Ayırma ajanları proton gradyanını çökertir ve mitokondriyal iç zar boyunca proton itici kuvvetini azaltır. Sonuç, oksijen taşıma zinciri (ETC) boyunca elektronların engellenmemiş bir akışıdır, bu da oksijen tüketimi oranını yükseltir ve mitokondriyal solunumun maksimum kapasitesine ulaşmasına neden olur20. Yedek solunum kapasitesi (SRC), maksimum ve bazal solunum arasındaki farktır ve hücrelerin zorlandığında enerjik taleplerdeki değişikliklere cevap verme kapasitesini gösterir ve hücre uygunluğunu gösterir. Önemli olarak, H-RPE'deki Mito Stres Testi için, BAM15, mitokondriyal solunum kapasitesini arttırmada FCCP'den üstündür (Şekil 4A, B), çünkü maksimum solunum ve yedek solunum kapasitesi, 500 nM veya 1 μM FCCP'ye kıyasla 10 μM BAM15 ile anlamlı derecede daha yüksektir. Her iki FCCP dozu arasında anlamlı bir fark gözlenmedi. Rotenon ve antimisin A'nın (Rot / AA) üçüncü ve son enjeksiyonu, mitokondriyal solunumu kapatan ETM'nin sırasıyla mitokondriyal kompleksleri I ve III'ü inhibe eder; herhangi bir kalıntı OCR, mitokondriyal olmayan kaynaklardan kaynaklanmaktadır21.
Glikoliz sırasında, bir glikoz molekülü, oksijen yokluğunda iki laktat molekülüne dönüştürülür. Laktatın hücreden ekstrüzyonuna, laktat molekülü başına bir protonun efflüksü eşlik eder, bu nedenle hücre dışı boşluğun asitlenmesine neden olur. Ortamdaki proton üretiminin akışı, ECAR'daki değişikliklerle ölçülür. İlk önce bazal glikoliz seviyeleri belirlenir, daha sonra glikolizi indüklemek ve böylece ECAR seviyelerini22'yi arttırmak için glikozdan yoksun olan tahlil ortamına glikoz enjekte edilir. Oligomisin, mitokondriyal ATP üretimini durdurduğu için "en yüksek" ECAR'ı indüklemek için enjekte edilir, böylece hücreyi ATP'sini glikoliz yoluyla türetmeye zorlar. Son olarak, glikoliz, glikoliz23'ün ilk enzimi olan hekzokinazı inhibe eden 2DG eklenerek kapatılır. Kalan herhangi bir ECAR muhtemelen OXPHOS sırasında TCA döngüsü tarafından CO2 üretimi gibi diğer asitleşme kaynaklarından kaynaklanmaktadır ve glikolitik olmayan ECAR olarak belirtilmiştir. Glikolitik rezerv, glikoz varlığında "en yüksek" ECAR ile ECAR arasındaki fark olarak hesaplanır. Glikolitik kapasite, glikoliz ve glikolitik rezervin toplamıdır.
Şekil 1: Plaka ve sensör kartuşunun bileşenleri . (A) Cihaz, veri analiz yazılımı ve protokol kurulum arayüzü gösterilir. 96 kuyucuklu kültür plakası düzeninde, hücreler mavi renkli kuyucuklara kaplanır ve dört köşe kuyucuğu, yalnızca ortam içeren (ve hücre içermeyen) arka düzeltme kuyucukları olarak işlev gördükleri için siyah renkle işaretlenir. (B) Sensör kartuşunun A, B, C ve D ilaçlarının yüklenebileceği her bir kuyucuğu için dört ilaç portu vardır. Her bir porta pipetlenecek hacimler, 10x ilaç stok preparatları için yapılan hesaplamalara göre listelenir. (C) Sensör kartuşu, doğrudan kafir dolgulu yardımcı plakaya yerleştirilen sensör problarından oluşur. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 2: Tahlilin zaman çizelgesi. Hücreler hücre kültürü plakasına ekilir. Hazır olduktan sonra, tahlil 2 günlük bir prosedürü ve ardından BCA tahlili ve müteakip veri analizini kullanarak protein içeriğinin nicelleştirilmesini içerir. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 3: Mito Stres Testi ve Glikolitik Stres Testi'nin temsili grafikleri. (A) Mito Stres Testi ve (B) Glikolitik Stres Testi parametrelerinin hesaplamaları şematikte gösterilmiştir. (C) Temsili oksijen tüketimi (OCR) eğrisi ve (D) H-RPE için Mito Stres Testi parametreleri gösterilmiştir. (E) H-RPE için temsili hücre dışı asitleşme hızı (ECAR) eğrisi ve (F) Glikolitik Stres Testi parametreleri gösterilmiştir. Hata çubukları SEM ± araçlardır. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Şekil 4: BAM15 ile FCCP'nin bir ayırma ajanı olarak karşılaştırılması. H-RPE'de Mito Stres Testi, (A) oksijen tüketim oranı (OCR) eğrisini ve (B) Mito Stres Testi parametrelerini gösteren, 10 μM BAM15, 500 nM FCCP veya 1 μM FCCP kullanarak maksimum solunumu indüklemenin etkinliğini karşılaştırır. Hata çubukları SEM'± anlamına gelir. **** p ≤ 0.0001; ns, önemli değil. Bu şeklin daha büyük bir versiyonunu görmek için lütfen buraya tıklayın.
Test | Glikoz (mM) | GlutaMax (mM) | Sodyum piruvat (mM) | HEPES (mM) |
Mito Stres Testi | 25 | 2 | 1 | 1 |
Glikolitik Stres Testi | Hiç kimse | 0.5 | Hiç kimse | 1 |
Tablo 1: Mito ve Glikolitik Stres Testleri için tahlil ortamına eklenen takviyelerin konsantrasyonu.
Test | Bağlantı Noktası A | B Bağlantı Noktası | C Bağlantı Noktası |
Mito Stres Testi | Oligomisin 2.5 μM | FCCP 500 nM VEYA BAM15 10 μM | Rotenon 2 μM VE Antimisin A 2 μM |
Glikolitik Stres Testi | Glikoz 10 mM | Oligomisin 2 μM | 2-Deoksiglukoz 50 mM |
Tablo 2: Mito ve Glikolitik Stres Testleri için ilaç port enjeksiyonlarının konsantrasyonları. Bunların, ilaçların her bir kuyucuğa enjekte edilmesinden sonra hücrelerin maruz kaldığı son konsantrasyonlar olduğuna dikkat etmek önemlidir. İlaç portları yüklenirken ilaçlar 10 kat daha güçlü hazırlanmalıdır.
Terim | Tanım | |||
Kalibrant | Kalibrant, sensör kartuşunu kalibre etmek için kullanılan bir çözeltidir. Formülasyonu tescillidir ve PBS'ye benzer bir bileşime sahiptir. | |||
Sensör Kartuşu | Sensör kartuşu, ışık yayan ve floroforları heyecanlandıran fiber optik demetlere bağlı sensör kartuşu manşonuna gömülü iki florofor içerir. Bir florofor oksijen akısını ölçer ve diğeri proton akısını ölçer. Her sensör kartuşu, tahlil sırasında kuyu başına 4 bileşiğin sıralı olarak uygulanmasına izin vermek için 4 bağlantı noktası ile donatılmıştır. | |||
Yardımcı Plaka | Yardımcı plaka (kalibrant plakası olarak da bilinir), sensörleri kalibre etmek için kullanılır. Calibrant çözeltisi Utility Plate'e yerleştirilir. | |||
Mito Stres Testi | Mito Stres Testi, zaman içinde OCR'deki değişiklikleri çizerek mitokondriyal solunum biyoenerjetik profilini sağlayan tahlilin adıdır. | |||
Glikolitik Stres Testi | Glikolitik Stres Testi, zaman içinde ECAR'daki değişiklikleri çizerek glikolitik biyoenerjetik profili sağlayan tahlilin adıdır. | |||
Oksijen Tüketim Hızı (OCR) | Oksijen tüketim hızı, oksijen akışının (pmol/dak) bir ölçüsüdür ve mitokondriyal metabolik durumu gösterir. | |||
Hücre Dışı Asitleşme Hızı (ECAR) | Hücre dışı asitleşme hızı, proton efflux'un (mpH / dak) bir ölçüsüdür ve glikolitik metabolik durumu gösterir. | |||
Wave Yazılımı | Wave Yazılımı, tahlili programlamak ve sonraki veri analizini yapmak için kullanılır | |||
Mitokondriyal Olmayan Oksijen Tüketimi | Rotenon/antimisin A enjeksiyonundan sonra minimum hız ölçümü | |||
Bazal Solunum | (İlk enjeksiyondan önceki son hız ölçümü) – (Mitokondriyal Olmayan Solunum Hızı) | |||
Maksimum Solunum | (FCCP enjeksiyonundan sonra maksimum hız ölçümü) – (Mitokondriyal Olmayan Solunum) | |||
H+ (Proton) Sızıntısı | (Oligomisin enjeksiyonu sonrası minimum hız ölçümü) – (Mitokondriyal Olmayan Solunum | |||
ATP Üretim | (Oligomisin enjeksiyonundan önceki son oran ölçümü) – (Oligomisin enjeksiyonundan sonra minimum oran ölçümü) | |||
Yedek Solunum Kapasitesi | (Maksimal Solunum) – (Bazal Solunum) | |||
% olarak yedek solunum kapasitesi | (Maksimal Solunum) / (Bazal Solunum) × 100 | |||
Kaplin Verimliliği | ATP Üretim Hızı) / (Bazal Solunum Hızı) × 100 | |||
Glikoliz | (Oligomisin enjeksiyonundan önce maksimum hız ölçümü) – (Glikoz enjeksiyonundan önceki son oran ölçümü) | |||
Glikolitik Kapasite | (Oligomisin enjeksiyonundan sonra maksimum hız ölçümü) – (Glikoz enjeksiyonundan önceki son oran ölçümü) | |||
Glikolitik Rezerv | (Glikolitik Kapasite) – (Glikoliz) | |||
% olarak glikolitik rezerv | (Glikolitik Kapasite Oranı) /(Glikoliz) × 100 | |||
Glikolitik Olmayan Asitleşme | Glikoz enjeksiyonundan önceki son oran ölçümü |
Tablo 3: Tahlilin temel bileşenlerinin tanımlarının listesi.
H-RPE'nin yüksek çözünürlüklü respirometrisi için bu optimize edilmiş protokol, yaygın olarak kullanılan FCCP yerine BAM15'in ayırıcı olarak kullanılmasını içerir. RPE'nin yüksek çözünürlüklü respirometrisi üzerine yapılan önceki çalışmalarda FCCP 9,24 kullanılırken, BAM15'in FCCP'ye kıyasla H-RPE'de maksimum solunum seviyelerinin daha sağlam bir indüksiyonunu indüklediği görülmektedir. Hem FCCP hem de BAM15'in hücrelerde kullanımı güvenli olsa da, BAM15'in normal hücrelerde FCCP veya karbonilsiyanür-3-klorofenilhidrazon (CCCP)25'e kıyasla daha az yan etkiye sahip olduğu bildirilmiştir. Kenwood ve ark., BAM15'in plazma zarı potansiyelini etkilemeden mitokondrileri depolarize ettiğini, böylece düşük sitotoksisitede sürekli bir maksimum mitokondriyal solunum hızını indüklediğini göstermiştir26. Öte yandan FCCP, hem mitokondri hem de plazma zarını depolarize eder ve daha yüksek sitotoksisite gösterir26.
Protokolde, hücrelerin mikroplakanın tüm deneysel kuyularında birleşik, eşit ve homojen bir RPE tek katmanlı olarak düzgün bir şekilde kaplanmasını sağlamak da dahil olmak üzere birkaç kritik adım vardır. Olgun RPE, enerji üretimi için OXPHOS'a büyük ölçüde bağımlıdır ve bu nedenle RPE'nin tahlil sırasında uygun bazal ve maksimum OCR okumaları üretmesini sağlamak için hücrelerin en az 1 ay boyunca olgunlaşmasına izin verilmelidir. Hücre kültürü plakasını cihaza yerleştirmeden önce nemlendirilmiş bir fırında (CO 2 olmadan) 37 ° C'de 1 saat boyunca gazdan arındırmak, doğru ECAR okumaları için çok önemlidir, çünkü CO2 tahlil ortamının pH'ını etkileyebilir. Tahlil gününde güvenilir OCR ve ECAR okumaları sağladığından emin olmak için sensör kartuşunu tahlilden bir gün önce nemlendirmeyi hatırlamak önemlidir. Donma/çözülme döngülerini en aza indirmek için enjekte edilecek ilaçların uygun şekilde yeniden oluşturulmasına ve yeniden yapılandırılmış ilaç stoklarının uzun süreli depolama için daha küçük hacimlere çıkarılmasına özen gösterilmelidir. İlgili tahlil ortamında seyreltilmiş 10x ilaç çözeltisi hazırlamak (örneğin, Mito Stres Testi için Mito Stres Testi tahlil ortamında seyreltmek), ilacın tahlil ortamı ile dolu her bir kuyucuğa enjeksiyonundan seyreltmeyi hesaba katmak için kritik öneme sahiptir. Sonraki her ilaç enjeksiyonunda, her bir kuyucukta daha fazla ortam vardır ve bu nedenle yüklenen ilaç hacimleri her enjeksiyonla birlikte artar ve protokolde belirtilen hacimleri takip etmeye özen gösterilmelidir. Deneyin tamamlanmasının ardından, hiçbir kalıntı ilacın belirgin olmadığından emin olmak için sensör kartuşunu inceleyerek ve akıcı ve homojen hücre tek katmanının kalmasını sağlamak için hücre kültürü plakasını mikroskop altında gözlemleyerek kalite kontrolleri yapmak önemlidir.
Bu protokoldeki değişiklikler, portlara farklı ilaçların enjekte edilmesini ve bu ilaçların OCR ve ECAR okumalarını nasıl etkilediğini belirlemeyi içerir. Popüler bir modifikasyon, normal Mito veya Glikolitik Stres Testi ilaçlarını enjekte etmeden önce Port A olarak tercih edilen deneysel bir ilacı enjekte etmektir. Bu tür bir protokol, tercih edilen ilacın akut enjeksiyonunun sonraki OXPHOS ve glikolitik parametreleri nasıl etkilediğine dair içgörüler sağlar. Diğer modifikasyonlar arasında farklı hücre tiplerinin incelenmesi; bu, optimum tohumlama hücresi yoğunluğunun ilk sorun giderme işlemini ve bazal okumaların OCR için 50-100 pmol / dak ve ECAR için 10-20 mpH / dak arasında olmasını sağlayarak tahlil ortamının optimizasyonunu gerektirir. Enjekte edilen ilaçların optimal konsantrasyonları, ilaçların seri seyreltilmesine OCR ve ECAR yanıtlarını gözlemleyerek incelenen her yeni hücre tipi için belirlenmelidir.
Protokolün önemli bir sınırlaması, hücreler normal büyüme ortamlarında bir CO2 inkübatöründe olmadığı için hücre canlılığının zamanla azalmasıdır ve bu nedenle maksimum hücre canlılığını sağlamak için tahlil 3-4 saat içinde tamamlanmalıdır. Ayrıca, her bir kuyucuğa enjekte edilen mitokondriyal toksinlere maruz kalmak, zamanla hücre canlılığını daha da azaltabilir. Tahlil tamamlandıktan sonra, OCR ve ECAR okumalarını normalleştirmek için protein içeriğinin değerlendirilmesi için hücreler lize edilmelidir ve bu nedenle aynı hücreler sonraki moleküler biyoloji tahlilleri için toplanamaz.
Biyoenerjetik profilleme için Denizatı alternatifleri arasında Oroboros Oxygraph 2k (O2k)27, BaroFuse28,29 ve Resipher (Lucid Scientific)7 bulunmaktadır. Oroboros O2k, S1 Clark tipi polarografik oksijen elektrotlarını kullanan kapalı iki odacıklı bir respirometredir. Oroboros O2k, gerçek zamanlı metabolik akının son derece hassas ölçümlerini üretirken, operatörün her ilacı30'u manuel olarak enjekte etmesi gerektiğinden, cihaz emek yoğundur. BaroFuse, çoklu paralel perfüzyon deneylerini mümkün kılmak için gaz basıncını kullanan ve OCR'yi ölçmek için bir oksijen algılama sistemine bağlı olan yeni bir çok kanallı mikroakışkan perfüzyon sistemidir. Bu akış kültürü sisteminin avantajı, hücre canlılığının daha uzun tahliller boyunca azaldığı Denizatının aksine, doku fonksiyonunun ve canlılığının korunmasıdır. Resipher, hücreler inkübatörde 96 delikli bir plakadayken OCR'yi ölçmek için son derece hassas optik oksijen sensörleri kullanır, böylece birkaç hafta ila aylar boyunca sürekli OCR ölçümleri sağlar. Özellikle, bu aletler ECAR'ı ölçmez ve bu nedenle Denizatı hem OXPHOS hem de glikolizin eşzamanlı araştırılması avantajına sahiptir.
OXPHOS ve glikolizin gerçek zamanlı biyoenerjetik profillerinin sorgulanması, RPE sağlığını ve işlevini karakterize etmede kilit bir faktör olarak ortaya çıkmaktadır. Yüksek çözünürlüklü respirometri, normal ve hastalıklı RPE'nin metabolik durumunu karşılaştırmak için etkili bir araç sağlar, böylece AMD ve PVR gibi retina hastalıkları için ilaç etkinliğinin taranmasında yeni yollar açılır. RPE'de yüksek çözünürlüklü respirometri için gelecekteki yönler, transwell filtrelerde yetiştirilen yüksek polarize RPE monokatmanları için biyoenerjetik profilleri incelemek için bir protokolün optimize edilmesini içerir. Calton et al. (2016), transwell filtreler31 üzerinde yetiştirilen polarize RPE monolayer'ın üçgen bir bölümünü keserek bunu başarıyla başardı. Metodolojinin daha da genişletilmesi, farklı retinal dejeneratif koşullara sahip hastalardan izole edilen indüklenmiş pluripotent kök hücre kaynaklı RPE'nin (iPSC-RPE) biyoenerjetik profillerinin incelenmesini içerir32. AMD ve PVR'de yer alan patojenik sitokinlerin RPE metabolizmasının dinamik doğasını nasıl etkilediğinin araştırılması, yeni uyuşturulabilir hedeflerin belirlenmesini bilgilendirebilecek metabolik kırılganlıkları ortaya çıkarabilir.
Yazarların açıklayacak hiçbir şeyi yok.
Bu çalışma kısmen şu hibelerle desteklenmiştir: Görme Mücadelesi Leonard & Robert Weintraub Doktora Sonrası Bursu (D.Y.S.); Maküler Dejenerasyon Araştırmalarında BrightFocus Vakfı Doktora Sonrası Burs Programı (M2021010F, D.Y.S.); Savunma Bakanlığı, Spinal Vizyon Araştırma Programı, Ödül no. VR180132 (M.S.-G. ve L.A.K.); Ulusal Sağlık Enstitüleri Ulusal Göz Enstitüsü, R01EY027739 (L.A.K.) Ödül no. Bu araştırmayı desteklemek için BrightFocus Vakfı'nın bir programı olan Makula Dejenerasyon Araştırması M2021010F'nin bağışçılarına teşekkür edilir. Şemalar Biorender.com ile oluşturuldu
Name | Company | Catalog Number | Comments |
2-Deoxy-D-glucose | Sigma | D8375-5G | Reconstituted in the Glycolytic Assay Media from its powder form and used in the Glycolytic Stress Test (Port C injection) |
96 Well Non-Treated Plate, 5/Pack, Sterile | VWR | 229597 | BCA Assay 96-well plate |
Antimycin A from Streptomyces sp. | Sigma | A8674-25MG | Inhibitor of Complex III of the electron transport chain (part of the Port C drug injection together with rotenone) |
BAM15 | Sigma | SML1760-5MG | Uncoupling agent used for the Mito Stress Test (Port B injection) |
BCA Assay | ThermoFisher | 23225 | To determine total protein content in each well |
Calibrant Solution | Seahorse Bioscience | 100840-000 | Solution used to calibrate the probes of the sensor cartridge |
Cell Lysis buffer 10x | Cell Signaling Technologies | 9803S | Dilute 10x Cell Lysis Buffer to a 1x solution using deionized water and add 1 mM PMSF before use |
D-(+)-Glucose solution | Sigma | G8644-100ML | Supplement to be added to the Mito Stress Test assay media and also used in the Glycolytic Stress Test (Port A injection) |
DMSO, Cell culture grade | Sigma-aldrich | D4540-100ML | For reconstituting all mitochondrial drugs except for 2DG |
FCCP | Sigma | C2920-10MG | Uncoupling agent used for the Mito Stress Test (Port B injection) |
GlutaMAX | Gibco | 35050061 | Supplement to be added to the assay media for both the Mito and Glycolytic Stress Tests |
HEPES solution | Sigma | H0887-100ML | Supplement to be added to the assay media for both the Mito and Glycolytic Stress Tests |
H-RPE – Human Retinal Pigment Epithelial Cells | Lonza | 194987 | Primary human fetal RPE cells |
Oligomycin - CAS 1404-19-9 - Calbiochem | Sigma | 495455-10MG | ATP synthase inhibitor used for the Mito Stress Test (Port A injection) and Glycolytic Stress Test (Port B injection) |
Parafilm | Bemis | PM996 | To seal the plate once the cells are lysed to prevent evaporation in the freezer |
Phenylmethylsulfonyl fluoride (PMSF) Protease Inhibitor | Gold Biotechnology Inc | 50-153-2823 | Used at 1 mM for the 1x Cell Lysis Buffer solution |
ReagentPack Subculture Reagents, 100 mL | Lonza | CC-5034 | Passaging reagents for primary human fetal RPE cells. Each kit contains 100 mL Trypsin/EDTA, Trypsin Neutralizing Solution, HEPES Buffered Saline |
Rotenone | Sigma | R8875-1G | Inhibitor of Complex I of the electron transport chain (part of the Port C drug injection together with antimycin A) |
RtEGM Retinal Pigment Epithelial Cell Growth Medium BulletKit - RtEBMTM Basal Medium (00195406) and RtEGMTM SingleQuots Supplements (00195407) | Lonza | 195409 | Media for primary human fetal RPE cells |
Seahorse XFe96 Analyzer | Agilent | High-Resolution Respirometry Instrument | |
Seahorse XFe96 FluxPak | Agilent | 102416-100 | This contains the 96-well Seahorse Cell Culture Microplate, the sensor cartridge and the calibrant solution |
Sodium pyruvate solution | Sigma | S8636-100ML | Supplement to be added to the Mito Stress Test assay media |
Steriflip-GP Sterile Centrifuge Tube Top Filter Unit, 50 mL process volume, 0.22 µm pore size | Millipore-Sigma | SCGP00525 | Tube top filter unit for sterile filtration of the assay media |
Synergy H1 Plate Reader | BioTek | Plate Reader for measuring absorbance at 562 nm for the BCA assay | |
XF base medium without phenol red | Agilent | 103335-100 | Base media for running the Seahorse assay |
Bu JoVE makalesinin metnini veya resimlerini yeniden kullanma izni talebi
Izin talebiThis article has been published
Video Coming Soon
JoVE Hakkında
Telif Hakkı © 2020 MyJove Corporation. Tüm hakları saklıdır