Name: using an extracellular flux analyzer to measure changes in glycolysis and oxidative phosphorylation during mouse sperm capacitation
Uploaded: 2020-01-22T15:00:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Using an Extracellular Flux Analyzer to Measure Changes in Glycolysis and Oxidative Phosphorylation during Mouse Sperm Capacitation at JoVE.com

Les auteurs tiennent à souligner le soutien du Dr Lavoisier Ramos-Espiritu au Rockefeller High Throughput and Spectroscopy Resource Center.

Le sperme est recueilli à partir de souris mâles CD-1 de 8-16 semaines. Les expériences sur les animaux ont été approuvées par le Comité institutionnel de soins et d'utilisation des animaux (IACUC) de Weill Cornell Medicine.
1. Jour avant l'assay
<ol><li>
Préparation de la cartouche de capteur et de l'analyseur de flux extracellulaire calibrant
	<ol>
<li>Pour hydrater la cartouche du capteur, retirez la cartouche du capteur du kit d'assiduité extracellulaire XFe96 e...

<ol>
	<li>Wu, 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=Multiparameter+metabolic+analysis+reveals+a+close+link+between+attenuated+mitochondrial+bioenergetic+function+and+enhanced+glycolysis+dependency+in+human+tumor+cells.">Multiparameter metabolic analysis reveals a close link between attenuated mitochondrial bioenergetic function and enhanced glycolysis dependency in human tumor cells.</a> American Journal of Physiology - Cell Physiology. 292 (1), C125-C136 (2007).</li><li>Amo, T., Yadava, N., Oh, R., Nicholls, D. G., Brand, M. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Experimental+assessment+of+bioenergetic+differences+caused+by+the+common+European+mitochondrial+DNA+haplogroups+H+and+T.">Experimental assessment of bioenergetic differences caused by the common European mitochondrial DNA haplogroups H and T.</a> Gene. 411 (1-2), 69-76 (2008).</li><li>Choi, S. W., Gerencser, A. A., Nicholls, D. G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Bioenergetic+analysis+of+isolated+cerebrocortical+nerve+terminals+on+a+microgram+scale:+spare+respiratory+capacity+and+stochastic+mitochondrial+failure.">Bioenergetic analysis of isolated cerebrocortical nerve terminals on a microgram scale: spare respiratory capacity and stochastic mitochondrial failure.</a> Journal of Neurochemistry. 109 (4), 1179-1191 (2009).</li><li>de Groof, A. J., 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=Increased+OXPHOS+activity+precedes+rise+in+glycolytic+rate+in+H-RasV12/E1A+transformed+fibroblasts+that+develop+a+Warburg+phenotype.">Increased OXPHOS activity precedes rise in glycolytic rate in H-RasV12/E1A transformed fibroblasts that develop a Warburg phenotype.</a> Molecular Cancer. 8, 54 (2009).</li><li>Chao, L. C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Insulin+resistance+and+altered+systemic+glucose+metabolism+in+mice+lacking+Nur77.">Insulin resistance and altered systemic glucose metabolism in mice lacking Nur77.</a> Diabetes. 58 (12), 2788-2796 (2009).</li><li>Chang, M. C. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fertilizing+capacity+of+spermatozoa+deposited+into+the+fallopian+tubes.">Fertilizing capacity of spermatozoa deposited into the fallopian tubes.</a> Nature. 168 (4277), 697-698 (1951).</li><li>Austin, C. R., Bishop, 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=Role+of+the+rodent+acrosome+and+perforatorium+in+fertilization.">Role of the rodent acrosome and perforatorium in fertilization.</a> Proceedings of the Royal Society of London. Series B, Biological Sciences. 149 (935), 241-248 (1958).</li><li>Ishijima, S., Baba, S. A., Mohri, H., Suarez, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Quantitative+analysis+of+flagellar+movement+in+hyperactivated+and+acrosome-reacted+golden+hamster+spermatozoa.">Quantitative analysis of flagellar movement in hyperactivated and acrosome-reacted golden hamster spermatozoa.</a> Molecular Reproduction and Development. 61 (3), 376-384 (2002).</li><li>Suarez, S. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Control+of+hyperactivation+in+sperm.">Control of hyperactivation in sperm.</a> Human Reproduction Update. 14 (6), 647-657 (2008).</li><li>Goodson, S. G., Qiu, Y., Sutton, K. A., Xie, G., Jia, W., O'Brien, D. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Metabolic+substrates+exhibit+differential+effects+on+functional+parameters+of+mouse+sperm+capacitation.">Metabolic substrates exhibit differential effects on functional parameters of mouse sperm capacitation.</a> Biology of Reproduction. 87 (3), 75 (2012).</li><li>Travis, A. J., 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=Functional+relationships+between+capacitation-dependent+cell+signaling+and+compartmentalized+metabolic+pathways+in+murine+spermatozoa.">Functional relationships between capacitation-dependent cell signaling and compartmentalized metabolic pathways in murine spermatozoa.</a> Journal of Biological Chemistry. 276 (10), 7630-7636 (2001).</li><li>Urner, F., Leppens-Luisier, G., Sakkas, D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Protein+tyrosine+phosphorylation+in+sperm+during+gamete+interaction+in+the+mouse:+the+influence+of+glucose.">Protein tyrosine phosphorylation in sperm during gamete interaction in the mouse: the influence of glucose.</a> Biology of Reproduction. 64 (5), 1350-1357 (2001).</li><li>Danshina, P. V., 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=Phosphoglycerate+kinase+2+(PGK2)+is+essential+for+sperm+function+and+male+fertility+in+mice.">Phosphoglycerate kinase 2 (PGK2) is essential for sperm function and male fertility in mice.</a> Biology of Reproduction. 82 (1), 136-145 (2010).</li><li>Miki, 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=Glyceraldehyde+3-phosphate+dehydrogenase-S,+a+sperm-specific+glycolytic+enzyme,+is+required+for+sperm+motility+and+male+fertility.">Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase-S, a sperm-specific glycolytic enzyme, is required for sperm motility and male fertility.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences. 101 (47), 16501-16506 (2004).</li><li>Mori, C., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mouse+spermatogenic+cell-specific+type+1+hexokinase+(mHk1-s)+transcripts+are+expressed+by+alternative+splicing+from+the+mHk1+gene+and+the+HK1-S+protein+is+localized+mainly+in+the+sperm+tail.">Mouse spermatogenic cell-specific type 1 hexokinase (mHk1-s) transcripts are expressed by alternative splicing from the mHk1 gene and the HK1-S protein is localized mainly in the sperm tail.</a> Molecular Reproduction and Development. 49 (4), 374-385 (1998).</li><li>Westhoff, D., Kamp, G. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Glyceraldehyde+3-phosphate+dehydrogenase+is+bound+to+the+fibrous+sheath+of+mammalian+spermatozoa.">Glyceraldehyde 3-phosphate dehydrogenase is bound to the fibrous sheath of mammalian spermatozoa.</a> Journal of Cell Science. 110 (15), 1821-1829 (1997).</li><li>Nevo, A. C., Rikmenspoel, R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Diffusion+of+ATP+in+sperm+flagella.">Diffusion of ATP in sperm flagella.</a> Journal of Theoretical Biology. 26 (1), 11-18 (1970).</li><li>Adam, D. E., Wei, J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mass+transport+of+ATP+within+the+motile+sperm.">Mass transport of ATP within the motile sperm.</a> Journal of Theoretical Biology. 49 (1), 125-145 (1975).</li><li>Tombes, R. M., Shapiro, B. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Enzyme+termini+of+a+phosphocreatine+shuttle.+Purification+and+characterization+of+two+creatine+kinase+isozymes+from+sea+urchin+sperm.">Enzyme termini of a phosphocreatine shuttle. Purification and characterization of two creatine kinase isozymes from sea urchin sperm.</a> Journal of Biological Chemistry. 262 (33), 16011-16019 (1987).</li><li>Gomendio, M., Tourmente, M., Roldan, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Why+mammalian+lineages+respond+differently+to+sexual+selection:+metabolic+rate+constrains+the+evolution+of+sperm+size.">Why mammalian lineages respond differently to sexual selection: metabolic rate constrains the evolution of sperm size.</a> Proceedings of the Royal Society of Biological Sciences. 278 (1721), 3135-3141 (2011).</li><li>Tourmente, M., Villar-Moya, P., Rial, E., Roldan, E. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Differences+in+ATP+generation+via+glycolysis+and+oxidative+phosphorylation+and+relationships+with+sperm+motility+in+mouse+species.">Differences in ATP generation via glycolysis and oxidative phosphorylation and relationships with sperm motility in mouse species.</a> Journal of Biological Chemistry. 290 (33), 20613-20626 (2015).</li><li>Visconti, P. 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=Capacitation+of+mouse+spermatozoa.+II.+Protein+tyrosine+phosphorylation+and+capacitation+are+regulated+by+a+cAMP-dependent+pathway.">Capacitation of mouse spermatozoa. II. Protein tyrosine phosphorylation and capacitation are regulated by a cAMP-dependent pathway.</a> Development. 121 (4), 1139-1150 (1995).</li><li>Buck, J., Sinclair, M. L., Schapal, L., Cann, M. J., Levin, L. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cytosolic+adenylyl+cyclase+defines+a+unique+signaling+molecule+in+mammals.">Cytosolic adenylyl cyclase defines a unique signaling molecule in mammals.</a> PNAS. 96 (1), 79-84 (1999).</li><li>Visconti, P. E., Bailey, J. L., Moore, G. D., Pan, D., Olds-Clarke, P., Kopf, G. S. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Capacitation+of+mouse+spermatozoa.+I.+Correlation+between+the+capacitation+state+and+protein+tyrosine+phosphorylation.">Capacitation of mouse spermatozoa. I. Correlation between the capacitation state and protein tyrosine phosphorylation.</a> Development. 121 (4), 1129-1137 (1995).</li><li>Morgan, D. J., 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=Tissue-specific+PKA+inhibition+using+a+chemical+genetic+approach+and+its+application+to+studies+on+sperm+capacitation.">Tissue-specific PKA inhibition using a chemical genetic approach and its application to studies on sperm capacitation.</a> PNAS. 105 (52), 20740-20745 (2008).</li><li>Lybaert, P., Danguy, A., Leleux, F., Meuris, S., Lebrun, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Improved+methodology+for+the+detection+and+quantification+of+the+acrosome+reaction+in+mouse+spermatozoa.">Improved methodology for the detection and quantification of the acrosome reaction in mouse spermatozoa.</a> Histology and Histopathology. 24 (8), 999-1007 (2009).</li></ol>

La perte de la capacitation de sperme en l'absence de certains substrats métaboliques ou enzymes métaboliques critiques a indiqué le métabolisme d'énergie comme facteur clé soutenant la fertilisation réussie. Un commutateur métabolique pendant l'activation cellulaire est un concept bien établi dans d'autres types de cellules, cependant, nous commençons juste à comprendre comment les spermatozoïdes adaptent leur métabolisme à la demande croissante d'énergie pendant la capacitation. À l'aide d'un analyseur ...

L'application de la spectrométrie de masse a révolutionné l'étude du métabolisme. Le profilage métabolique ciblé et le traçage métabolomique permettent une surveillance précise des changements dans le métabolisme énergétique. Cependant, l'exécution de la métabolomique nécessite une formation approfondie, un personnel expérimenté et des spectromètres de masse coûteux et très sensibles qui ne sont pas facilement accessibles à tous les laboratoires. Ces dernières années, l'utilisation d'un analyseur de flux extracellulaire, comme l'hippocampe XFe96 est devenu populaire comme une méthode de substitution pour mesurer les changements dans le métabolisme énergétique dans divers types de cellules1,2,3,4,5.
Les spermatozoïdes sont des cellules motiles hautement spécialisées; dont la tâche est de livrer le génome paternel à l'ovocyte. Les spermatozoïdes quittant l'appareil reproducteur masculin après l'éjaculation sont encore fonctionnellement immatures et ne peuvent pas féconder l'ovocyte parce qu'ils sont incapables de pénétrer les vêtements des ovocytes. Le sperme acquiert la compétence de fertilisation pendant qu'ils transitent par l'appareil reproducteur femelle dans un processus de maturation connu sous le nom de capacitation6,7. Les spermatozoïdes ou spermatozoïdes fraîchement éjaculés disséqués de l'épididyme cauda peuvent être concoctées in vitro par incubation dans des supports de capacitation définis contenant Ca2,bicarbonate (HCO3-) ou un analogue cAMP perméable à la cellule (p. ex., dibutyryl-cAMP), un accepteur de cholestérol (p. ex. albumine de sérum bovin, BSA) et une source d'énergie (p. ex. glucose). Pendant la capacitation, les spermatozoïdes modifient leur modèle de motilité en un battement asymétrique de flagellaire, représentant un mode de natation appelé hyperactivation8,9, et ils deviennent compétents pour subir la réaction acrosome7, où des enzymes protéolytiques sont libérées qui digèrent les vêtements des ovocytes. Ces processus nécessitent de l'énergie, et similaires aux cellules somatiques, les spermatozoïdes génèrent de l'ATP et d'autres composés à haute énergie par glycolyse ainsi que le cycle mitochondrial TCA et la phosphorylation oxydative (oxphos)10. Tandis que les études multiples démontrent que la glycolyse est nécessaire et suffisante pour soutenir la capacitation de sperme11,12,13,14, la contribution de l'oxphos est moins claire. Contrairement à d'autres types de cellules où la glycolyse est physiquement couplée au cycle TCA, les spermatozoïdes sont très compartimentés et sont pensés pour maintenir ces processus dans des compartiments de flagellateur séparés: la pièce médiane concentre la machinerie mitochondriale, tandis que les enzymes clés de la glycolyse semblent être limitées à la pièce principale15,16. Cette compartimentation se traduit par un débat en cours sur la question de savoir si le pyruvate produit dans la pièce principale par glycolyse peut soutenir les oxphos mitochondriaux dans la pièce médiane, et si l'ATP produit par les oxphos dans la pièce médiane serait en mesure de diffuser suffisamment rapidement le long de la longueur du flagellum pour soutenir les besoins énergétiques dans les parties distales de la pièce principale17,18,19. Il y a également le soutien d'un rôle pour des oxphos dans la capacitation de sperme. Non seulement les oxphos sont plus favorables énergétiquement que la glycolyse, générant 16 fois plus d'ATP que la glycolyse, mais le volume médian et la teneur mitochondriale sont directement corrélés avec la forme reproductive chez les espèces de mammifères qui présentent de plus grands degrés de concurrence entre les mâles pour les compagnons20. Pour répondre à ces questions, il faut des méthodes pour examiner les contributions relatives de la glycolyse et de l'oxphos pendant la capacitation des spermatozoïdes.
Tourmente et coll. ont appliqué un analyseur de flux extracellulaire de 24 puits pour comparer le métabolisme énergétique d'espèces de souris étroitement apparentées avec des paramètres de performance des spermatozoïdes significativement différents21. Au lieu de rapporter les valeurs basales d'ECAR et d'OCR des spermatozoïdes non-capacitated, ici, nous adaptons leur méthode utilisant un analyseur extracellulaire de flux de 96-bien pour surveiller des changements dans le métabolisme énergétique pendant la capacitation de sperme de souris en temps réel. Nous avons développé une méthode qui permet de surveiller simultanément la glycolyse et les oxphos en temps réel dans les spermatozoïdes avec battre flagelle dans jusqu'à douze conditions expérimentales différentes en mesurant le flux d'oxygène (O2) et les protons (H)(Figure 1A). En raison de la décomposition du pyruvate à lactate pendant la glycolyse et de la production de CO2 via le cycle TCA, les spermatozoïdes non capacitatisés et concitatisés extrudent Hdans le support d'analyse qui sont détectés par l'analyseur de flux extracellulaire par l'intermédiaire des fluorophoressensiblesH-sensibles immobilisés à l'extrémité de la sonde d'une cartouche de capteur. En parallèle, la consommation d'O2 par phosphorylation oxydative est détectée par l'intermédiaire de fluorophores sensibles à l'O2immobilisés à la même pointe de la sonde (Figure 1B). La détection efficace de l'O2 libéréet consommé nécessite un tampon de sperme modifié avec une faible capacité tampon sans bicarbonate ou rouge phénol. Ainsi, pour induire la capacitation en l'absence de bicarbonate, nous avons adopté l'utilisation d'un analogue cAMP perméable à la cellule injecté avec l'inhibiteur de la PDE à large portée IBMX22. Trois autres ports d'injection indépendants permettent l'injection d'activateurs pharmacologiques et/ou d'inhibiteurs, ce qui facilite la détection en temps réel des changements dans la respiration cellulaire et le taux de glycolyse dus à la manipulation expérimentale.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>Reagents</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>2-Deoxy-D-glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D8375</td>
			<td>2-DG</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>3-Isobutyl-1-methylxanthine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>I7018</td>
			<td>IBMX; prepare a 500 mM stock solution in DMSO (111.1 mg/ml) and store in small aliquots</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Antimycin A</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A8674</td>
			<td>AntA; prepare a 5 mM stock solution in DMSO (2.7 mg/ml) and store in small aliquots</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine serum albumin</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>A1470</td>
			<td>BSA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Calcium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C1016</td>
			<td>CaCl2</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Concanacalin A, Lectin from Arachis hypogaea (peanut)</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>L7381</td>
			<td>ConA</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>G7528</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hepes</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>H0887</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Isothesia</td>
			<td>Henry Schein Animal Health</td>
			<td>1169567761</td>
			<td>Isoflurane</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium sulfate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>M2643</td>
			<td>MgSO4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>N6,2&#39;-O-Dibutyryladenosine 3&#39;,5&#39;-cyclic monophosphate sodium salt</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>D0627</td>
			<td>db-cAMP</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P9333</td>
			<td>KCl</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium dihydrogen phosphate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>P5655</td>
			<td>KH2PO4</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Rotenone</td>
			<td>Cayman Chemical Company</td>
			<td>13995</td>
			<td>Rot; prepare a 5 mM stock solution in DMSO (2mg/ml) and store in small aliquots</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium bicarbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S5761</td>
			<td>NaHCO3-</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium chloride</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S9888</td>
			<td>NaCl</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Equipment and materials</td>
			<td></td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>12 channel pipette 10-100 &#956;L</td>
			<td>eppendorf</td>
			<td>ES-12-100</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>12 channel pipette 50-300 &#956;L</td>
			<td>vwr</td>
			<td>613-5257</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>37 &#176;C, non-CO2 incubator</td>
			<td>vwr</td>
			<td>1545</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>5 mL cetrifuge tubes</td>
			<td>eppendorf</td>
			<td>30119380</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>50 mL conical centrifuge tubes</td>
			<td>vwr</td>
			<td>76211-286</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge with plate adapter</td>
			<td>Thermo Scientific</td>
			<td>IEC FL40R</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dissection kit</td>
			<td>World Precision Instruments</td>
			<td>MOUSEKIT</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Inverted phase contrast microscope with 40X objective</td>
			<td>Nikon</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OctaPool Solution Reservoirs, 25 ml, divided</td>
			<td>Thomas Scientific</td>
			<td>1159X93</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>OctaPool Solution Reservoirs, 25 mL, divided</td>
			<td>Thomas Scientific</td>
			<td>1159X95</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seahorse XFe96 Analyzer</td>
			<td>Agilent</td>
			<td></td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Seahorse XFe96 FluxPak</td>
			<td>Agilent</td>
			<td>102416-100</td>
			<td>Also sold as XFe96 FluxPak mini (102601-100) with 6 instead of 18 cartidges.</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

using an extracellular flux analyzer to measure changes in glycolysis and oxidative phosphorylation during mouse sperm capacitation

Le sperme de mammifères acquiert la capacité de fertilisation dans l'appareil reproducteur femelle dans un processus connu sous le nom de capacitation. Les processus associés à la capacitation nécessitent de l'énergie. Il reste un débat continu au sujet des sources générant l'ATP qui alimente la motilité progressive de sperme, la capacitation, l'hyperactivation, et la réaction acrosome. Ici, nous décrivons l'application d'un analyseur extracellulaire de flux comme outil pour analyser des changements dans le métabolisme énergétique pendant la capacitation de sperme de souris. À l'aide de h-et O2- fluorophores sensibles, cette méthode permet de surveiller la glycolyse et la phosphorylation oxydative en temps réel chez les spermatozoïdes non capacitated versus capacitating. L'utilisation de cet analyse en présence de différents substrats énergétiques et/ou d'activateurs pharmacologiques et/ou d'inhibiteurs peut fournir des informations importantes sur la contribution de différentes voies métaboliques et l'intersection entre les cascades de signalisation et le métabolisme pendant la capacitation des spermatozoïdes.

Cette méthode utilise un analyseur de flux extracellulaire pour surveiller les changements en temps réel dans le taux de glycolyse et d'oxphos pendant la capacitation de sperme de souris. La figure 4 montre une expérience exemplaire où les spermatozoïdes ont été concités en présence de glucose comme seul substrat énergétique et 2-DG et antimycine et rotenone comme modulateurs pharmacologiques. Le substrat d'énergie dans le tampon d'analyseur de fl...

Watch this Scientific Journal Video about Using an Extracellular Flux Analyzer to Measure Changes in Glycolysis and Oxidative Phosphorylation during Mouse Sperm Capacitation at JoVE.com

Using an Extracellular Flux Analyzer to Measure Changes in Glycolysis and Oxidative Phosphorylation during Mouse Sperm Capacitation

Nous décrivons l'application d'un analyseur extracellulaire de flux pour surveiller des changements en temps réel dans la glycolyse et la phosphorylation oxydative pendant la capacitation de sperme de souris.

Utilisation d'un analyseur de flux extracellulaire pour mesurer les changements dans la glycolyse et la phosphorylation oxydative pendant la capacitation de sperme de souris

Mammalian sperm acquire fertilization capacity in the female reproductive tract in a process known as capacitation. Capacitation-associated processes ...

Ce protocole peut être utilisé pour appliquer un analyseur de flux extracellulaire pour surveiller les changements dans le métabolisme énergétique pendant la capacitation du sperme. Nous avons développé ce protocole pour comparer les changements dans la glycolyse et la phosphorylation oxydative en temps réel entre le sperme de souris non capacitated et capacitated. La veille de l’essai, retirez la cartouche du capteur d’un kit d’analyse de flux extracellulaire et placez la cartouche à l’envers à côté de la plaque utilitaire.Remplissez un réservoir de solution avec 25 millilitres d’eau distillée double et ajoutez 200 microlitres d’eau à chaque puits de la plaque d’utilité, puis placez la cartouche de capteur de nouveau dans la plaque d’utilité. Placez la plaque dans un incubateur de 37 degrés Celsius sans dioxyde de carbone. Ensuite, aliquot 25 millilitres d’analyseur de flux extracellulaire calibrant dans un tube conique de 50 millilitres et placer le tube dans l’incubateur de 37 degrés Celsius non-dioxyde de carbone.Pour préparer les micro plaques enduites ConA, dissoudre 2,5 milligrammes de ConA en cinq millilitres d’eau distillée double et utiliser une pipette multicanal pour remplir chaque puits d’un analyseur de flux extracellulaire de 96 puits avec 50 microlitres de la solution ConA, puis laisser le couvercle ouvert pour laisser sécher la plaque pendant la nuit. Pour préparer le tampon de sperme, chauffer 250 millilitres d’analyseur de flux extracellulaire TYH tampon à 37 degrés Celsius et ajuster le pH à 7,4. Le jour de l’analyse, remplacer l’eau dans chaque puits de la plaque d’utilité par 200 microlitres de calibre XF par puits et remettre la plaque dans l’incubateur de dioxyde de carbone pendant au moins une heure.Pour générer un modèle d’onde, activez l’analyseur de flux extracellulaire. Alors que la température se stabilise à 37 degrés Celsius, ouvrez le logiciel d’ondes et ouvrez un modèle vierge. Sous l’onglet définitions de groupe, définissez le milieu d’analyse comme TYH et le type de cellule comme sperme de souris, laissant les stratégies d’injection et les prétraitements vierges.Créez différents groupes pour chaque condition d’analyse et ouvrez la carte des plaques pour affecter chaque groupe à des puits spécifiques. Sous l’onglet protocole, délibérer, ajouter chacun des quatre cycles de mesure différents, sélectionner le port respectif et modifier les détails de mesure afin que la mesure après l’injection soit mise en surbrillance, puis enregistrer le modèle d’analyse, remplir le résumé du projet et enregistrer les résultats. Avant de récolter le sperme, préchaive 50 millilitres de tampon TYH à 37 degrés Celsius.Après avoir récolté des caudas chez des souris mâles adultes, placez chaque cauda dans 500 microlitres du tampon TYH préchauffé dans les puits individuels d’une plaque de 24 puits. Utilisez des forceps pour immobiliser chaque cauda individuellement au fond de chaque puits et faites rapidement cinq à sept petites incisions dans chaque tissu à l’aide de ciseaux à plumes. Lorsque tous les caudas ont été incisés, placez immédiatement la plaque dans l’incubateur de dioxyde de carbone non pour permettre au sperme de se disperser pendant 15 minutes.Pour charger la cartouche du capteur, retirez le couvercle de la cartouche du capteur et alignez la lettre du guide de chargement du port respectif avec le coin supérieur gauche de la cartouche. En tenant le guide de chargement bâbord en place, insérez les pointes de pipette verticalement dans les trous de guide de chargement portuaire du port A et injectez 20 microlitres de tampon TYH dans chaque colonne. Pour le port B, injecter 22 microlitres de tampon TYH dans les colonnes un à quatre, 22 microlitres de 500 millimolaires 2-deoxyglucose dans les colonnes cinq à huit, et 25 microlitres de cinq micromolaires antimycine A rotenone dans les colonnes neuf à 12.Pour le port C, injectez 25 microlitres de tampon TYH dans chaque colonne avec des nombres impairs et 25 microlitres de 10 millimlaires de dibutyryl-cyclique AMP 500 micromolaire IBMX dans chaque colonne avec des nombres différents, puis placez la cartouche de capteur avec une plaque d’étalonnage dans l’analyseur de flux extracellulaire et commencer l’analyseur de flux. L’étalonnage prendra de 10 à 15 minutes. Pour préparer les plaques de sperme, ajouter trois millilitres de trois milligrammes par millilitre d’albumine de sérum bovin dans le tampon TYH à chacun des trois tubes de centrifugeuse de cinq millilitres.Ensuite, mettre en commun deux puits de sperme dans chacun des trois tubes de centrifugeuse de 1,5 millilitre. Après comptage, diluer le sperme à deux fois 10 à la concentration de sept spermatozoïdes par millilitre par échantillon dans tyh frais complété avec de l’albumine de sérum bovin. Sédimenter le sperme par centrifugation et resuspendre les granulés de sperme dans un millilitre de tampon TYH.Centrifugez à nouveau le sperme et enlevez les supernatants en prenant soin de ne pas déranger les granulés. Transférer chaque suspension de sperme dans l’un des tubes de centrifugeuse de cinq millilitres préparés et ajouter 180 microlitres de tampon TYH dans chaque coin bien d’une plaque enduite ConA. Ajouter 180 microlitres de sperme dans chaque puits vide de la plaque enduite cona et centrifugeuse la plaque deux fois en tournant la plaque à 180 degrés entre les centrifugations, puis placer la plaque d’étalonnage avec la plaque de sperme et continuer l’essai.Dans cette expérience représentative, le sperme a été capacitated en présence du glucose comme seul substrat d’énergie et 2-deoxyglucose et antimycine et rotenone comme modulateurs pharmacologiques. La flèche indique l’induction de la capacitation. En présence de glucose, la capacitation a été accompagnée d’une augmentation sept fois du taux d’acidification extracellulaire qui est inhibé en bloquant la glycolyse avec 2-deoxyglucose.Le sperme capacitated a démontré une augmentation de 20 fois du taux de consommation d’oxygène comparé au sperme non-capacitated démontrant que le sperme de souris augmentent la glycolyse et la phosphorylation oxydante pour soutenir la demande croissante d’énergie pendant la capacitation. L’augmentation du taux d’acidification extracellulaire pendant la capacitation du sperme n’est pas affectée par les inhibiteurs oxydatifs de phosphorylation antimycine A et roténone indiquant que le changement de ce taux est principalement entraîné par la libération d’hydrogène de la glycolyse. L’augmentation du taux de consommation d’oxygène, cependant, est bloquée par l’antimycine A et la roténone ainsi que par 2-deoxyglucose révélant que l’augmentation d’OXPHOS pendant la capacitation de sperme dépend de l’activité glycolytique.La source d’énergie et les activateurs et inhibiteurs pharmacologiques peuvent être variés en fonction de l’objectif de l’expérience et jusqu’à 12 conditions différentes peuvent être mesurées en parallèle. Le protocole peut être facilement adapté à d’autres espèces comme l’homme ou le bovin où les changements dans le métabolisme énergétique pendant la capacitation sont tout aussi énigmatiques.

Research

JoVE Journal

Biochemistry

Highly Sensitive and Rapid Fluorescence Detection with a Portable FRET Analyzer

Hautement sensible et rapide avec détection par fluorescence avec un analyseur FRET Portable

Recent improvements in F&#246;rster resonance energy transfer (FRET) sensors have enabled their use to detect various small molecules including ions and ...

Recherche

Biochimie

Oligopeptide Competition Assay for Phosphorylation Site Determination

Test de compétition Oligopeptide pour la détermination du site de phosphorylation

Protein phosphorylation at specific sites determines its conformation and interaction with other molecules. Thus, protein phosphorylation affects ...

Rab10 Phosphorylation Detection by LRRK2 Activity Using SDS-PAGE with a Phosphate-binding Tag

Rab10 détection de Phosphorylation par LRRK2 l’activité à l’aide de SDS-PAGE avec une balise de Phosphate-binding

Mutations in leucine-rich repeat kinase 2 (LRRK2) have been shown to be linked with familial Parkinson&#39;s disease (FPD). Since abnormal activation of ...

The Determination of Protease Specificity in Mouse Tissue Extracts by MALDI-TOF Mass Spectrometry: Manipulating PH to Cause Specificity Changes

La détermination de la spécificité de la protéase dans les tissus de souris extraits par spectrométrie de masse MALDI-TOF : manipulation PH afin de provoquer des modifications de la spécificité

Proteases have several biological functions, including protein activation/inactivation and food digestion. Identifying protease specificity is important ...

Identification of Cyclin-dependent Kinase 1 Specific Phosphorylation Sites by an In Vitro Kinase Assay

Identification of Cyclin-dependent Kinase 1 Specific Phosphorylation Sites by an In Vitro Kinase Assay

Identification de la Kinase cycline-dépendante 1 Sites de Phosphorylation spécifique par une Kinase In Vitro d’analyse

Cyclin-dependent kinase 1 (Cdk1) is a master controller for the cell cycle in all eukaryotes and phosphorylates an estimated 8 - 13% of the proteome; ...

Examining the Dynamics of Cellular Adhesion and Spreading of Epithelial Cells on Fibronectin During Oxidative Stress

Examiner la dynamique de l'adhérence cellulaire et la propagation des cellules épithéliales sur la fibronectine pendant le stress oxydatif

The adhesion and spreading of cells onto the extracellular matrix (ECM) are essential cellular processes during organismal development and for the ...

Nonradioactive Assay to Measure Polynucleotide Phosphorylation of Small Nucleotide Substrates

Essai non radioactif pour mesurer la phosphorylation polynucléotide des petits substrats nucléotides

Polynucleotide kinases (PNKs) are enzymes that catalyze the phosphorylation of the 5&#39; hydroxyl end of DNA and RNA oligonucleotides. The activity of ...

DetectSyn: A Rapid, Unbiased Fluorescent Method to Detect Changes in Synapse Density

DetectSyn: Une méthode fluorescente rapide et impartiale pour détecter les changements dans la densité des synapses

Synapses are the site of communication between neurons. Neuronal circuit strength is related to synaptic density, and the breakdown of synapses is ...

An Optimized Single-Molecule Pull-Down Assay for Quantification of Protein Phosphorylation

Un test de traction optimisé à molécule unique pour la quantification de la phosphorylation des protéines

Phosphorylation is a necessary posttranslational modification that regulates protein function and directs cell signaling outcomes. Current methods to ...

Extracellular Glucose Depletion as an Indirect Measure of Glucose Uptake in Cells and Tissues Ex Vivo

Extracellular Glucose Depletion as an Indirect Measure of Glucose Uptake in Cells and Tissues Ex Vivo

L’épuisement extracellulaire du glucose comme mesure indirecte de l’absorption du glucose dans les cellules et les tissus Ex Vivo

The ongoing worldwide epidemic of diabetes increases the demand for the identification of environmental, nutritional, endocrine, genetic, and epigenetic ...