At İskelet Kasının Yüksek Çözünürlüklü Floro-Respirometrisi

Özet

Atlar olağanüstü bir aerobik egzersiz kapasitesine sahiptir, bu da at iskelet kasını hem at egzersiz fizyolojisi hem de memeli mitokondriyal fizyolojisi çalışmaları için önemli bir doku haline getirir. Bu makalede, at iskelet kasında mitokondriyal fonksiyonun kapsamlı değerlendirilmesi için teknikler açıklanmaktadır.

Özet

Mitokondriyal fonksiyon - oksidatif fosforilasyon ve reaktif oksijen türlerinin oluşumu - hem sağlık hem de hastalıkta kritik öneme sahiptir. Bu nedenle, mitokondriyal fonksiyonun ölçülmesi biyomedikal araştırmalarda esastır. İskelet kası, özellikle atlar gibi çok yüksek aerobik kapasiteye sahip hayvanlarda sağlam bir mitokondri kaynağıdır ve bu da onları mitokondriyal fizyolojiyi incelemek için ideal konular haline getirir. Bu makale, farklı mitokondriyal durumlar altında substratları oksitleme kapasitesini ölçmek ve mitokondriyal solunumun farklı elementlerinin göreceli kapasitelerini belirlemek için eşzamanlı florometri ile yüksek çözünürlüklü respirometrinin kullanımını göstermektedir. Tetrametilrhodamine metilester, eşzamanlı oksijen akışı birimi başına üretilen nispi membran potansiyelini hesaplayarak mitokondrinin nispi verimliliğinin hesaplanması da dahil olmak üzere, substrat oksidasyonundan kaynaklanan mitokondriyal membran potansiyelinin üretimini göstermek için kullanılır. ADP'nin ATP'ye dönüşümü, magnezyum için adenilatların farklı afiniteleri nedeniyle reaksiyon odasındaki magnezyum konsantrasyonunda bir değişikliğe neden olur. Bu nedenle, magnezyum yeşili, ATP sentez hızını ölçmek için kullanılabilir ve oksidatif fosforilasyon verimliliğinin daha fazla hesaplanmasına izin verir (fosforilasyonun oksidasyona oranı [P / O]). Son olarak, hidrojen peroksit ile kombine edildiğinde bir floresan ürün (resorufin) üreten Amplex UltraRed'in kullanımı, mitokondriyal solunum sırasında reaktif oksijen türlerinin üretiminin nicelleştirilmesine ve ROS üretimi ile eşzamanlı solunum arasındaki ilişkiye izin verir. Bu teknikler, mitokondriyal fizyolojinin çeşitli simüle edilmiş koşullar altında sağlam bir şekilde nicelleştirilmesine izin verir, böylece bu kritik hücresel bileşenin hem sağlığa hem de hastalığa katkısına ışık tutar.

Giriş

Ökaryotik hücrelerin mitokondrileri, hücreler tarafından iş ve bakım için kullanılan ATP'nin çoğunu üretir¹. ATP'nin mitokondriyal üretiminde önemli bir adım, oksijenin suya dönüştürülmesidir ve bu nedenle mitokondri ve ilişkili hücrelerin metabolik kapasitesi, oksijen tüketiminin ölçülmesiyle sıklıkla ölçülür². Bununla birlikte, mitokondriyal fizyoloji, basit oksijen tüketimi sürecinden daha karmaşıktır ve bu son noktaya güvenmek, mitokondriyal fonksiyonun ve işlev bozukluğunun hücresel sağlık üzerindeki etkisinin eksik bir değerlendirmesini sağlar. Mitokondriyal fonksiyonun tam karakterizasyonu, sadece oksijen tüketimi....

Protokol

Bu çalışma Oklahoma Eyalet Üniversitesi Kurumsal Hayvan Bakımı ve Kullanımı Komitesi tarafından onaylanmıştır. Bu çalışmada temsili sonuçları üretmek için dört safkan jel (17.5 ± 1.3 yıl, 593 ± 45 kg) kullanılmıştır.

1. İskelet kası biyopsi örneğinin alınması

1. Hafif sedasyon altındayken 12 G University College Hospital (UCH) biyopsi iğnesi (bakınız Malzeme Tablosu) kullanarak ve daha önce yayınlanmış bir raporu takiben lokal anestezi kullanarak, semitendinosus kasının (veya diğer ilgili kasların) merkezinden iskelet kası biyopsileri (steril tekniği izleyin) elde edin¹¹.
....

Sonuçlar

Önerilen referans durumu, sağlıklı bir sedanter safkan (zorunlu egzersiz nedeniyle artan zindelik yok) ve postüral kasın merkezinden toplanan, mitokondri bakımından zengin tip I iskelet kası liflerinin yüksek bir yüzdesini içeren ve dinlenme metabolizmasına yaklaşan koşullar altında inkübe edilen taze bir kas örneğidir (yani, 38 ° C ve pH 7.0). Bu koşullar altında, araştırmacı L N değerleri 2.71 ± 0.90, P_N değerleri 62.40 ± 26.22, P_N+S değerleri 93.67 ± 34.7.......

Tartışmalar

Yüksek çözünürlüklü respirometrenin standart çıkışına floresan sinyallerin eklenmesi, mitokondriyal fizyoloji hakkında değerli bilgiler sağlar, ancak floresan sinyalinin titiz kalibrasyonu kalite verileri için kritik öneme sahiptir. MgG kullanımı için orijinal protokoller, magnezyum-adenilat ayrışma sabitleri hesaplanırken üretilen kalibrasyon eğrilerinin sonraki tahlillere uygulanabileceğini düşündürmektedir⁴; Bununla birlikte, MgG'den gelen floresan sinyali, bu yakl.......

Malzemeler

Name	Company	Catalog Number	Comments
ADP	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	A5285
Amplex UltraRed	Life Technologies	A36006
ATP	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	A2383
BSA	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	A6003
Calcium carbonate	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	C4830
CCCP	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	C2759
DatLab 7.0	Oroboros Inc		Software to operate O2K fluororespirometer
Dithiothreitol	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	D0632
DTPA	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	D1133
EGTA	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	E4378
Glutamate	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	G1626
HEPES	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	H7523
Horseradish peroxidase	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	P8250
Hydrogen peroxide	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	516813	Must be made fresh daily prior to assay
Imidazole	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	I2399
K-MES	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	M8250
Magnesium chloride hexahydrate	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	M9272
Magnesium Green	Thermo Fisher Scientific	M3733
Malate	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	M1000
Mannitol	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	M9647
Mitochondrial isolation kit	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	MITOISO1
O2K fluororespirometer	Oroboros Inc		Multiple units required to run full spectrum of assays concurrently.
Phosphocreatine	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	P7936
Potassium hydroxide	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	P1767
Potassium lactobionate	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	L2398
Potassium phosphate	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	P0662
Pyruvate	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	P2256	Must be made fresh daily prior to assay
Rotenone	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	R8875
Succinate	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	S2378
Sucrose	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	84097
Superoxide dismutase	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	S8160
Taurine	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	T0625
Titration pump	Oroboros Inc
Titration syringes	Oroboros Inc
TMRM	Sigma-Aldrich (MilliporeSigma)	T5428
UCH biopsy needle	Millenium Surgical Corp	72-238067	Available in a range of sizes