Name: measuring liver mitochondrial oxygen consumption and proton leak kinetics to estimate mitochondrial respiration in holstein dairy cattle
Uploaded: 2018-11-30T13:45:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Measuring Liver Mitochondrial Oxygen Consumption and Proton Leak Kinetics to Estimate Mitochondrial Respiration in Holstein Dairy Cattle at JoVE.com

この研究は、食品動物健康 UC デービス校獣医学校の中心を通ってアルテックと米国農務省のハッチの資金によって支えられました。

すべてのメソッド、プロトコルおよびここで説明した研究がデイビス機関動物ケアおよび使用委員会 (IACUC) カリフォルニア大学によって承認されました。
1. ホルスタイン種の乳牛から肝生検を取得
注: 肝生検は、認可された獣医によって実行する必要があります。肝生検は、牛がある乳製品のサイトで実行できます。泌乳牛は通常搾乳を続けることが...

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	<li>Brand, M. D., Divakaruni, A. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+regulation+and+physiology+of+mitochondrial+proton+leak.">The regulation and physiology of mitochondrial proton leak.</a> Physiology. 26, 192-205 (2011).</li><li>Stephenson, E. J., Hawley, J. 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E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationships+between+residual+feed+intake+and+hepatic+mitochondrial+function+in+growing+beef+cattle.">Relationships between residual feed intake and hepatic mitochondrial function in growing beef cattle.</a> Journal of Animal Science. 92, 3134-3141 (2014).</li><li>Acetoze, G., Weber, K. L., Ramsey, J. J., Rossow, H. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Relationship+between+liver+mitochondrial+respiration+and+proton+leak+kinetics+in+low+and+high+RFI+steers+from+two+lineages+of+RFI+Angus+bulls.">Relationship between liver mitochondrial respiration and proton leak kinetics in low and high RFI steers from two lineages of RFI Angus bulls.</a> ISRN Vet Sci. 2015 (194014), (2015).</li><li>Halliwell, B., Gutteridge, J. M. 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E., Weindruch, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Restriction+of+energy+intake,+energy+expenditure,+and+aging.">Restriction of energy intake, energy expenditure, and aging.</a> Free Radical Biology and Medicine. 29, 946-968 (2000).</li><li>Mehta, M. M., Weinberg, S. E., Chandel, N. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+control+of+immunity:+beyond+ATP.">Mitochondrial control of immunity: beyond ATP.</a> Nature. 17, 608-620 (2017).</li><li>Kirby, D. M., Thorburn, D. R., Turnbull, D. M., Taylor, R. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Biochemical+assays+of+respiratory+chain+complex+activity.">Biochemical assays of respiratory chain complex activity.</a> Methods in Cell Biology. 80, 93-119 (2007).</li><li>Alex, A. P., Collier, J. L., Hadsell, D. L., Collier, R. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Milk+yield+differences+between+1x+and+4x+milking+are+associated+with+changes+in+mammary+mitochondrial+number+and+milk+protein+gene+expression,+but+not+mammary+cell+apoptosis+or+SOCS+gene+expression.">Milk yield differences between 1x and 4x milking are associated with changes in mammary mitochondrial number and milk protein gene expression, but not mammary cell apoptosis or SOCS gene expression.</a> Journal of Dairy Science. 98, 4439-4448 (2015).</li><li>Lossa, S., Lionetti, L., Mollica, M. P., Crescenzo, R., Botta, M., Barletta, A., Liverini, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Effect+of+high-fat+feeding+on+metabolic+efficiency+and+mitochondrial+oxidative+capacity+in+adult+rats.">Effect of high-fat feeding on metabolic efficiency and mitochondrial oxidative capacity in adult rats.</a> British Journal of Nutrition. 90, 953-960 (2003).</li><li>Boily, G., Seifert, E. L., Bevilacqua, L., He, X. H., Sabourin, G., Estey, C., Moffat, C., Crawford, S., Saliba, S., Jardine, K., Xuan, J., Evans, M., Harper, M. E., McBurney, M. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=SirT1+regulates+energy+metabolism+and+response+to+caloric+restriction+in+mice.">SirT1 regulates energy metabolism and response to caloric restriction in mice.</a> PloS One. 3 (3), e1759 (2008).</li><li>Chen, Y., Hagopian, K., Bibus, D., Villaba, J. M., Lopez-Lluch, G., Navas, P., Kim, K., McDonald, R. B., Ramsey, 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=The+influence+of+dietary+lipid+composition+on+liver+mitochondria+from+mice+following+1+month+of+calorie+restriction.">The influence of dietary lipid composition on liver mitochondria from mice following 1 month of calorie restriction.</a> Bioscience Reports. 33, 83-95 (2013).</li><li>Chacko, B. K., Kramer, P. A., Ravi, S., Benavides, G. A., Mitchell, T., Dranka, B. P., Ferrick, D., Singal, A. K., Ballinger, S. W., Bailey, S. M., Hardy, R. W., Zhang, J., Zhi, D., Darley-Usmar, V. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+bioenergetic+health+index:+a+new+concept+in+mitochondrial+translational+research.">The bioenergetic health index: a new concept in mitochondrial translational research.</a> Clinical Science. 127, 367-373 (2014).</li></ol>

プロトコルの最も重要な点は代表的な肝組織サンプルを取得し、生検後できるだけ早くミトコンドリアの分離を開始します。呼吸測定の変化は低所に牛から短い輸送時間のため (表 1)。輸送時間を減らすためには、小さな実験室を設置、酪農場の事務所で、ミトコンドリアが生検の 10 分内に分離されるので、各収集された、肝臓サンプルが事務所に追い込まれました。セットア?...

ミトコンドリアはストレスに非常に敏感、彼らの携帯電話の環境は様々 な代謝疾患に貢献できます。酸素消費量とミトコンドリアのプロトン リークがミトコンドリア健康の指標です。RCR を使用してこの用紙見積もりのミトコンドリアのエネルギー効率で説明する方法は、酸素消費量とプロトン リークせずに基づいています。これらの結果は、栄養使用率1で失われたエネルギーの 30% は考慮できます。酸素消費量とプロトン リークの変化はミトコンドリア代謝性疾患に貢献し、減らされたエネルギー効率の結果を識別できます。これらのメソッドは、ミトコンドリア呼吸にさまざまな治療法の効果を検討するも使用できます。ミトコンドリアの酸素消費量とプロトン リーク カイネティクス測定の全体的な目標は、ミトコンドリアの機能とエネルギー効率を評価するためには。
肝ミトコンドリア機能不全は、乳牛のいくつかの疾患に関連付けられています。泌乳初期にエネルギー収支の赤字に直面して炭水化物や脂質の燃料を切り替えるに細胞の代謝能力は、数と2細胞内のミトコンドリアの機能によって影響されます。ミトコンドリアのエネルギーと増加する β-酸化の需要の増加に適応能力の欠陥はインスリン抵抗性に関連する細胞内の脂質の蓄積につながることができ、泌乳牛の泌乳初期の脂肪肝の形成につながる可能性があります。ミトコンドリア、ケトン体の生産と利用、サイトとして、乳牛3でケトーシスで重要な役割を再生できます。ミトコンドリアやミトコンドリア機能障害の欠如は周囲に燃料の可用性に影響を与えるし、酸素消費量または RCR の変更に反映されます。
炎症応答のミトコンドリアの酸素消費変化。7 日齢のブロイラーは、アイメリア ・ マキシマとコントロール グループ4感染グループにランダムに割り当てられました。コクシジウム症の挑戦を受けていないブロイラーは、プロトン リークと肝ミトコンドリアが増加陽子リークによって免疫チャレンジに応答を示す高い RCR のため低酸素消費を持っていた。プロトン リークしながら反応酸素種の生産は一度ミトコンドリア膜機能不全の兆候とエネルギー効率に支障をきたす、今知られているミトコンドリア5にタンパク質とカルシウムのインポートすることが重要です。、および熱1の生成のため。
呼吸鎖の電子漏れはミトコンドリアの膜蛋白質、脂質およびミトコンドリア DNA ミトコンドリアが活性酸素種の生産と酸化的損傷を受けやすいになります。ミトコンドリアの年齢としてダメージが蓄積されミトコンドリア ミトコンドリア代謝6や牛の病気への感受性を増加でさらに機能不全を引き起こしている、特に。実際には、多くの家畜動物は、高レベルの抗酸化機能を高めるため Cu, Zn, Mn などのサプリメントを供給されています。ただし、Cu の高レベルを供給、Zn, Mn 牛乳生産の減少、プロトン リーク (状態 4 呼吸)7のための酸素消費量を増加します。
牛のエネルギー効率におけるミトコンドリア機能の役割に関する先行研究は、ミトコンドリアの酸素消費量とプロトン リークの変化を重視しています。非常にいくつかの研究は、乳牛で公開されているし、ほとんどの論文は肉用牛におけるミトコンドリア機能に残留飼料摂取量 (RFI) の形で生産効率を比較します。ホルスタイン雌牛から授乳中の牛の肝臓状態 3、4 および RCR を測定することによって料金を調べたミトコンドリア呼吸の変動は牛 (アンガス、ヘレフォード Brangus)8.研究者は、ミトコンドリア呼吸成長や搾乳のための肉用牛の特徴の相関関係を見つけなかったが、ミトコンドリア呼吸と搾乳ホルスタインの特徴間の相関関係を報告でした。2 つの研究の RFI がミトコンドリア呼吸速度 (3、4 の状態と RCR の状態) に肉用牛筋ミトコンドリア9,10で比較されました。ミトコンドリア呼吸速度変更 dmi 対応と低料金が少ない効率的な肥育に関連付けられていた。別の研究で高または低の RFI ブルズから去勢牛の RFI はミトコンドリア呼吸速度とプロトン リーク カイネティクス子孫11の 2 つのグループ間で比較しました。違いは、利得を得る結論は肉用牛では、ミトコンドリア呼吸を影響を確認するためだった。
本稿で RCR 泌乳牛に 3 の抗酸化ミネラルを餌に応答を測定する方法の使用に示します肝臓を調べる実験中に酸素消費量 4 の状態し、3 の呼吸と PMF の状態します。

<table>
	<tbody>
		<tr>
			<td>Liver Biopsy</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Schackelford-Courtney bovine liver biopsy instrument</td>
			<td>Sontec Instruments Englewood CO</td>
			<td>1103-904</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suture</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>19-037-516</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Suture needles</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td>Included with Suture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scalpels</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>S2896 / S2646</td>
			<td># for handle and blades</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Surgery towels</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>50-129-6667</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Falcon tubes 50 mL</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-432-22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tweezers</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>Z168750</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL syringes</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-314387</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Injection needles (22, 2 1/2)</td>
			<td>VWR</td>
			<td>MJ8881-200342</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cow halter</td>
			<td>Tractor Supply Co.</td>
			<td>101966599</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cotton swabbing</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-959-102</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>cotton gauze squares (4x4)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>22-246069</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Medical scissors</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>Z265969</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Coccidiosis Vaccine 0.75 bottle/cow</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Provided by Veterinarian</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clostridia Vaccine</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Provided by Veterinarian</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Liver biopsy antibiotics excenel 2 cc/100 lbs for 3 days</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Provided by Veterinarian</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Providone Scrub</td>
			<td>Aspen Veteterinary Resources</td>
			<td>21260221</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethanol 70%</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>793213</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Xylazine hydrochloride 100 mg/mL IV at 0.010-0.015 mg/kg bodyweight</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Provided by Veterinarian</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2% lidocaine HCl (10-15 mL)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Provided by Veterinarian</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1 mg/kg IV injection of flunixin meglumine</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td>Provided by Veterinarian</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isolation of Mitochondria (liver)</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Wheaton vial 30 mL with a Teflon pestle of 0.16 mm clearance</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>02-911-527</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Homogenizer Motor</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>EW-04369-10</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Homogenizer Probe</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>EW-04468-22</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Auto Pipette (10 mL)</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>SK-21600-74</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Beaker (500 mL) with ice</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>FB100600</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Refrigerated microfuge</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>75-002-441EW3</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Microfuge tubes (1.5 mL)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>AM12400</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bicinchoninic acid (BCA) protein assay kit (microplates for plate reader)</td>
			<td>abcam</td>
			<td>ab102536</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>S7903-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Tris-HCl</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>T1503-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EDTA</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>EDS-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BSA (fatty acid free)</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>A7030-50G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mannitol</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>M4125-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Deionized water</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>38796</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hepes</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>H3375-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td colspan="2">Use to create mitochondria isolation media: 220 mM mannitol, 70 mM sucrose, 20 mM HEPES, 20 mM Tris-HCl, 1 mM EDTA, and 0.1% (w/v) fatty acid free BSA,&#160; pH 7.4 at 4 &#176;C, will last 2 days in refrigerator</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mitochondrial Oxygen Comsuption</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oxygraph Setup + Clark type oxygen electrode</td>
			<td>Hansatech (PP Systems)</td>
			<td>OXY1</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Thermoregulated Water Pump</td>
			<td>ADInstruments</td>
			<td>MLE2001</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Clark type Oxygen electrode</td>
			<td>NA</td>
			<td>NA</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Autopipette (1 mL)</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>SK-21600-70</td>
			<td>Included with Oxy1</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Small magnetic stir bar</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-513-95</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Micropipette (10 &#956;L)</td>
			<td>Cole Parmer</td>
			<td>SK-21600-60</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>pH meter</td>
			<td>VWR</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chemicals</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KCl</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>P9333-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hepes</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>H3375-500G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>KH2PO4</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>P5655-1KG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MgCl2</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>M1028-100ML</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>EGTA</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>E3889-100G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Use to make mitochondrial oxygen consumption media: 120 mM KCL, 5 mM KH2PO4, 5 mM MgCl2, 5 mM Hepes and 1 mM EGTA,&#160; pH 7.4 at 30 &#176;C with 0.3% defatted BSA</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotenone (4 mM solution)</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>R8875-5G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Succinate (1 M solution)</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>S3674-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>ADP (100 mM solution)</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>A5285-1G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oligomycin (solution of 8 &#956;g/mL in ethanol)</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>75351</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FCCP</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>C2920</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mitochondrial Membrane Potential and Proton Motive Force</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TPMP electrode</td>
			<td>World Precision Instruments.</td>
			<td>DRIREF-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Chemicals-solutions do not need to be fresh but they do need to be kept in a freezer between runs</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Malonate (0.1 mM solution)</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>M1296</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Oligomycin (8 &#956;g/mL in ethanol), keep in freezer</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>75351</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Nigericin (80 ng/mL in ethanol), keep in freezer</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>N7143</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FCCP</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>C3920</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TPMP</td>
			<td>Sigma - Aldrich</td>
			<td>T200</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TPMP solution: 10 mM TPMP, 120 mM KCL, 5 mM Hepes and 1 mM EGTA,&#160; pH 7.4 at 30 &#176;C with 0.3% defatted BSA</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
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measuring liver mitochondrial oxygen consumption and proton leak kinetics to estimate mitochondrial respiration in holstein dairy cattle

酸素消費量、プロトン動機力 (PMF)、プロトン リークはミトコンドリア呼吸やミトコンドリアが NADH や FADH を ATP に変換することができるどれだけの測定です。どのように効率的に彼らは酸素を使用し、直接 ATP を生成を栄養代謝の効率に関連しているミトコンドリアは酸素使用と二酸化炭素と水に栄養素の酸化のためのプライマリ サイトではまたので、動物の栄養要求と動物の健康。このメソッドの目的は、さまざまな薬物、食事や環境に及ぼすミトコンドリア代謝の効果を検討するためミトコンドリアの呼吸を調べることです。結果には、プロトン依存呼吸 (状態 3) とプロトン リーク依存呼吸 (状態 4) 測定酸素消費が含まれます。状態 3/状態 4 呼吸の比率は呼吸調節比 (RCR) として定義され、ミトコンドリアのエネルギー効率を表すことができます。ミトコンドリアのプロトン リークは、ADP を ATP 合成の効率が下がりますから酸化リン酸化の脱共役のミトコンドリア膜電位 (MMP) の損失をできるようにするプロセスです。状態 3 状態 4 呼吸、ミトコンドリア膜 PMF や ATP を作り出す潜在性) を測定する使用されるミトコンドリアの基板と電子輸送鎖阻害剤酸素と TRMP + 敏感電極とプロトンのリーク。このメソッドの制限、肝組織は可能な限り新鮮なする必要があります、すべての生検とアッセイは、10 h 未満で行う必要があります。これは、サンプルを収集し、約 5 日で一人で処理できる数を制限します。ただし、乳用牛などの大型動物に必要なサンプル量は肝臓の大きさに比べて小さい、少しの回復時間が必要なので、肝組織の 1 g だけが必要です。

RCR とプロトンのリーク動態を示す肯定的な結果が表 1と図 15にそれぞれ表示されます。この研究7、RCR および蛋白質のリークで動態ミルクに 70 日間でホルスタイン種乳牛で測定した後、Cu, Zn, Mn の 5 つの異なるレベルの 1 で 28 日間飼育した牛.状態 4、最大陽子リーク依存型呼吸、Cu, Mn, Zn (p < 0.1) のミネラル?...

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Measuring Liver Mitochondrial Oxygen Consumption and Proton Leak Kinetics to Estimate Mitochondrial Respiration in Holstein Dairy Cattle

ここで、ミトコンドリアの酸素消費量、栄養エネルギー論とプロトンのリーク、ミトコンドリア ATP 生成の非効率性の主な原因の定義する概念を測定するための方法を共有します。これらの結果は、ミトコンドリアの機能を評価するのに役立つ栄養の使用率で失われるエネルギーの 30% は考慮できます。

ホルスタイン種乳牛におけるミトコンドリア呼吸を推定する肝ミトコンドリアの酸素消費量とプロトン リーク動態測定

Oxygen consumption, proton motive force (PMF) and proton leak are measurements of mitochondrial respiration, or how well mitochondria are able to convert ...

この方法は、ミトコンドリアの健康、エネルギー効率、エネルギー使用量など、エネルギー分野の重要な質問に答えることができます。この技術の主な利点は、単離ミトコンドリアの酸素消費量が直接測定されるということです。結果は、他の細胞内代謝プロセスのために修正する必要はありません。.まず、ミトコンドリア効率が飼料効率にどのような影響を与えるかを調べたいとき、私たちは乳牛でこの方法を追求することにしました。ミトコンドリア分離の手順は一貫性があり、正確である必要があるため、習得が困難であるため、この方法のビデオデモンストレーションは重要です。肝臓サンプルを取り除いた後できるだけ早く、赤血球を除去するためにミトコンドリアの分離培地で試料を洗浄する。はさみを使用して、組織を湿らせた状態に保つために十分な分離培地を含む冷たいビーカーに組織を細かくミンチします。ひき肉をミトコンドリア分離培地を含む30ミリリットルガラスバイアルに移します。0.16ミリメートルのクリアランスを有し、氷でインキュベートされたテフロン害虫を加え、1分間4ストロークで1分間500 RPMで肝臓サンプルを均質化します。この後、ホモジネートをミトコンドリア分離培地を含むチューブに移し、これを氷パックビーカーに入れる。遠心分離機はGの500倍、摂氏4度で10分間ホモジュートする。ペレットを捨てて、上清を冷やした遠心分離管に移します。得られた上清を10,000倍Gで4度摂氏10分間遠心し、ミトコンドリアペレットを得た。ペレットを再中断し、10 ミリリットルのミトコンドリア分離培地に脂肪酸を含まない BSA で洗浄します。その後、8、100倍G、摂氏4度で10分間遠心分離機を使用します。上清を捨て、200マイクロリットルの分離媒体でペレットを再懸濁します。酸素消費と陽子漏れ運動アッセイに使用する準備ができるまで氷の上に置きます。BSAを標準として使用するメーカーの指示に従ってビチオニン酸キットを使用して、ペレット懸濁液のタンパク質濃度を決定します。まず、テキストプロトコルで概説されているように、酸素消費媒体を作成します。酸素消費媒体を摂氏30度でインキュベートする。次に、製造業者の指示に従って、オキシグラフシステム用の呼吸室、ポンプおよび酸素電極を設置する。その後、酸素消費媒体の1ミリリットルを呼吸室に入れます。その後、ミトコンドリアタンパク質の0.35ミリグラムをチャンバーに加えます。溶液が空気で飽和し、摂氏30度の温度を維持するために激しくかき混ぜます。約5分間の酸素消費量を記録します。酸素消費量が一定になると、一定の直線が表され、これをベースライン酸素消費量として記録します。複雑な1つを阻害するために4ミリモルロテノーン溶液の1.25マイクロリットルを追加し、その後、呼吸器室でコハク酸5ミリモルの最終的な濃度に達するために1モルコハク酸溶液の5マイクロリットルを追加します。これは、状態IV酸素消費です。この後、100ミリモルADP溶液の1マイクロリットルを加えて、呼吸室に100マイクロモルの最終濃度に達する。酸素消費量は約5分間減少し、その後、直線になります。この酸素消費量を状態III呼吸として記録します。テキストプロトコルで概説されているように、呼吸制御比を計算します。その後、呼吸室からすべての溶液を吸引します。二重脱イオン水でチャンバーを数回リンスします。まず、エタノール中のニジェリシン1ミリリットル当たり80ナノグラムの溶液を調製し、エタノールの添加量を1マイクロリットル未満に制限する。また、エタノール中に1ミリリットルオリゴマイシン当たり8マイクログラムの溶液を調製する。チャンバーを二重脱イオン水で十分に洗い流した後、酸素消費媒体の1ミリリットルを呼吸室に入れ、磁気攪拌棒で激しくかき混ぜます。呼吸室に0.35ミリグラムのミトコンドリアタンパク質を加える。メチルトリフェニルホスホニウム感受性電極をチャンバ設定に追加して、もう一方の端がpHメーターに正しく接続されていることを確認します。4ミリモルロテノーネ溶液の1.25マイクロリットルを加え、コンプレックスI.2〜5分間呼吸を記録します。酸素消費量が一定になったときに、酸素消費量の値を記録します。次に、0.56マイクロリットルのオリゴマイシン溶液を加えて、ADPの利用を阻害する。呼吸を約2~5分間記録します。酸素消費量が一定になったときに、酸素消費量の値を記録します。その後、ミトコンドリア内膜全体のpH勾配を廃止するために、ミリリットルニジェリシン溶液あたり80ナノグラムの0.112マイクロリットルを追加します。呼吸を2~5分間記録し、一定になったときに酸素消費量の値を記録します。ミトコンドリアインキュベーションに10ミリモルメチルトリフェニルホスホニウム溶液を5マイクロリットル加えて、標準曲線の調製を開始します。合計濃度が 2.5 になるまで、この追加を 4 回繰り返します。マイクロモルが追加されました。この後、1つの大臼歯コハク酸溶液を5マイクロリットル加えて呼吸を開始します。安定したトレースが達成されるまで呼吸を記録します。次に、テキストプロトコルで概説されているように、システムを調整するためにmalonateを追加します。本研究では、乳牛に28日間異なるレベルの銅、亜鉛、マンガンを供給してから70日後に、ホルスタイン乳牛の乳中でRCRおよびプロトンリークキネティックスが測定される。状態IV呼吸は、マンガンの低レベルを与えられた牛の中で最も高いと見られるが、対照牛では最も低く、マンガンがプロトン漏れ依存性呼吸を最小限に抑える上で重要な役割を果たしていることを示している。肝プロトンリーク依存呼吸の分析は、この呼吸が低いマンガンで治療された牛で最も大きく、対照牛で最も低いことを明らかにした。これらの結果は、低マンガン群が最も高い状態IV呼吸を有し、対照群が最も低い状態であることを確認した。高RFI雄牛よりも低RFIブルから生まれたアンガスステアでは供給効率が高いが、これはミトコンドリアRCRまたはプロトンリークキネティクスには反映されなかった。この手順を実行している間、ミトコンドリアを処理しながら、氷の上にすべてのバイアルとビーカーを維持することが重要です。その開発後、この技術は、肝臓の飼料効率とミトコンドリア機能におけるミトコンドリア効率の役割を探求するために、乳製品栄養の分野の研究者のための道を開きました.ロテノーネで作業することは危険であり、手袋、目の保護、適切なPPEの着用などの予防措置は、常にこの手順を実行している間に取られるべきであることを忘れないでください。

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Using Scaffold Liposomes to Reconstitute Lipid-proximal Protein-protein Interactions In Vitro

Using Scaffold Liposomes to Reconstitute Lipid-proximal Protein-protein Interactions In Vitro

足場リポソームを使用することにより、脂質近位タンパク質 - タンパク質相互作用を再構成します<em&gt;インビトロ</em

Studies of integral membrane proteins in vitro are frequently complicated by the presence of a hydrophobic transmembrane domain. Further complicating ...

Analyses of Mitochondrial Calcium Influx in Isolated Mitochondria and Cultured Cells

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 ...

Measurement of Mitochondrial Oxygen Consumption in Permeabilized Fibers of Drosophila Using Minimal Amounts of Tissue

ショウジョウバエのティッシュの最小限の量を使用してのグリセリンの繊維でミトコンドリアの酸素消費量の測定

The fruit fly, Drosophila melanogaster, represents an emerging model for the study of metabolism. Indeed, drosophila have structures homologous to human ...

Measuring and Interpreting Oxygen Consumption Rates in Whole Fly Head Segments

測定と酸素消費量全体の解釈飛ぶ頭セグメント

Regulated metabolic activity is essential for the normal functioning of living cells. Indeed, altered metabolic activity is causally linked with the ...

Measuring Mitochondrial Electron Transfer Complexes in Previously Frozen Cardiac Tissue from the Offspring of Sow: A Model to Assess Exercise-Induced Mitochondrial Bioenergetics Changes

ソウの子孫から以前に凍結した心臓組織におけるミトコンドリア電子伝達複合体の測定:運動誘発ミトコンドリアバイオエネルギーの変化を評価するモデル

The mitochondrial electron transfer complex (ETC) profile is modified in the heart tissue of the offspring born to an exercised sow. The hypothesis ...

High-Throughput Quantification of the Synthesis and Distribution of mtDNA

High-Throughput Image-Based Quantification of Mitochondrial DNA Synthesis and Distribution

High-Throughput Image-Based Quantification of Mitochondrial DNA Synthesis and Distribution (Video) | JoVE 

ミトコンドリアDNA合成と分布のハイスループット画像ベースの定量

The vast majority of cellular processes require a continuous supply of energy, the most common carrier of which is the ATP molecule. Eukaryotic cells ...

Stable Isotope Tracing & LC-MS Analysis to Measure DHODH and SDH Activities

Oxygen-Independent Assays to Measure Mitochondrial Function in Mammals

Oxygen-Independent Assays to Measure Mitochondrial Function in Mammals (Video) | JoVE 

哺乳類のミトコンドリア機能を測定するための酸素非依存性アッセイ(英語)

The flow of electrons in the mitochondrial electron transport chain (ETC) supports multifaceted biosynthetic, bioenergetic, and signaling functions in ...

Isolation of Mitochondrial Contact Sites

An Improved Method to Isolate Mitochondrial Contact Sites

Unveiling Mitochondrial Contact Sites and Architectural Insights (Video) | JoVE

ミトコンドリア接触部位を単離するための改良された方法

Mitochondria are present in virtually all eukaryotic cells and perform essential functions that go far beyond energy production, for instance, the ...

Analyzing Mitochondrial Physiology and Bioenergetics in Fruit Flies

Analyzing Mitochondrial Function in a Drosophila melanogaster PINK1B9-Null Mutant Using High-resolution Respirometry

Exploring Mitochondrial Function and Chemical Toxicity Using Drosophila melanogaster (Video) | JoVE

ショウ ジョウバエのmelanogaster PINK1B9-Null変異体のミトコンドリア機能の解析(高分解能スピロメトリー)

Neurodegenerative diseases, including Parkinson&#39;s Disease (PD), and cellular disturbances such as cancer are some of the disorders that disrupt energy ...

ホルスタイン種乳牛におけるミトコンドリア呼吸を推定する肝ミトコンドリアの酸素消費量とプロトン リーク動態測定

ホルスタイン種乳牛におけるミトコンドリア呼吸を推定する肝ミトコンドリアの酸素消費量とプロトンリーク動態測定