Name: assessing energy substrate oxidation in vitro with 14co2 trapping
Uploaded: 2022-03-23T13:30:00
Description: Watch this Scientific Journal Video about Assessing Energy Substrate Oxidation In Vitro with 14CO2 Trapping at JoVE.com

Het werk werd gedeeltelijk ondersteund door NIH-subsidie R01 AR060456 (FL). We bedanken Dr. Michael Robinson en Elizabeth Krizman (The Children's Hospital of Philadelphia) voor hun genereuze hulp bij de sprankelende teller.

Het gebruik van radioactieve materialen (RAM) vereist voorafgaande goedkeuring door een aangewezen veiligheidscomité bij elke instelling. RAMs die in dit protocol worden gebruikt, zijn goedgekeurd door Environmental Health & Radiation Safety (EHRS) aan de Universiteit van Pennsylvania. Het gebruik van dieren vereist voorafgaande goedkeuring door de Institutional Animal Care and Use Committee (IACUC) in de thuisinstelling. De volgende studie werd goedgekeurd door IACUC in het Children's Hospital van Philadelphia.
<p ...

<ol>
	<li>Hargreaves, M., Spriet, L. L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Skeletal+muscle+energy+metabolism+during+exercise.">Skeletal muscle energy metabolism during exercise.</a> Nature Metabolism. 2 (9), 817-828 (2020).</li><li>Jeukendrup, A. E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+fat+metabolism+in+skeletal+muscle.">Regulation of fat metabolism in skeletal muscle.</a> Annals of the New York Academy of Sciences. 967, 217-235 (2002).</li><li>Randle, P. J., Garland, P. B., Hales, C. N., Newsholme, E. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+glucose+fatty-acid+cycle.+Its+role+in+insulin+sensitivity+and+the+metabolic+disturbances+of+diabetes+mellitus.">The glucose fatty-acid cycle. Its role in insulin sensitivity and the metabolic disturbances of diabetes mellitus.</a> Lancet. 1 (7285), 785-789 (1963).</li><li>Randle, P. J., Newsholme, E. A., Garland, P. B. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Regulation+of+glucose+uptake+by+muscle.+8.+Effects+of+fatty+acids,+ketone+bodies+and+pyruvate,+and+of+alloxan-diabetes+and+starvation,+on+the+uptake+and+metabolic+fate+of+glucose+in+rat+heart+and+diaphragm+muscles.">Regulation of glucose uptake by muscle. 8. Effects of fatty acids, ketone bodies and pyruvate, and of alloxan-diabetes and starvation, on the uptake and metabolic fate of glucose in rat heart and diaphragm muscles.</a> Biochemical Journal. 93 (3), 652-665 (1964).</li><li>Taegtmeyer, H., Hems, R., Krebs, 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=Utilization+of+energy-providing+substrates+in+the+isolated+working+rat+heart.">Utilization of energy-providing substrates in the isolated working rat heart.</a> Biochemical Journal. 186 (3), 701-711 (1980).</li><li>Cha, B. S., 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=Impaired+fatty+acid+metabolism+in+type+2+diabetic+skeletal+muscle+cells+is+reversed+by+PPARgamma+agonists.">Impaired fatty acid metabolism in type 2 diabetic skeletal muscle cells is reversed by PPARgamma agonists.</a> American Journal of Physiology. Endocrinology and Metabolism. 289 (1), 151-159 (2005).</li><li>Lee, W. C., Guntur, A. R., Long, F., Rosen, C. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Energy+metabolism+of+the+osteoblast:+implications+for+osteoporosis.">Energy metabolism of the osteoblast: implications for osteoporosis.</a> Endocrine Reviews. 38 (3), 255-266 (2017).</li><li>Li, B., 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=Both+aerobic+glycolysis+and+mitochondrial+respiration+are+required+for+osteoclast+differentiation.">Both aerobic glycolysis and mitochondrial respiration are required for osteoclast differentiation.</a> FASEB Journal. 34 (8), 11058-11067 (2020).</li><li>Lee, W. C., Ji, X., Nissim, I., Long, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Malic+enzyme+couples+mitochondria+with+aerobic+glycolysis+in+osteoblasts.">Malic enzyme couples mitochondria with aerobic glycolysis in osteoblasts.</a> Cell Reports. 32 (10), 108108 (2020).</li><li>Kim, S. P., 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=Fatty+acid+oxidation+by+the+osteoblast+is+required+for+normal+bone+acquisition+in+a+sex-+and+diet-dependent+manner.">Fatty acid oxidation by the osteoblast is required for normal bone acquisition in a sex- and diet-dependent manner.</a> JCI Insight. 2 (16), 92704 (2017).</li><li>Yu, Y., 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=Glutamine+metabolism+regulates+proliferation+and+lineage+allocation+in+skeletal+stem+cells.">Glutamine metabolism regulates proliferation and lineage allocation in skeletal stem cells.</a> Cell Metabolism. 29 (4), 966-978 (2019).</li><li>Karner, C. M., Esen, E., Okunade, A. L., Patterson, B. W., Long, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Increased+glutamine+catabolism+mediates+bone+anabolism+in+response+to+WNT+signaling.">Increased glutamine catabolism mediates bone anabolism in response to WNT signaling.</a> The Journal of Clinical Investigation. 125 (2), 551-562 (2015).</li><li>Takeshita, S., Kaji, K., Kudo, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Identification+and+characterization+of+the+new+osteoclast+progenitor+with+macrophage+phenotypes+being+able+to+differentiate+into+mature+osteoclasts.">Identification and characterization of the new osteoclast progenitor with macrophage phenotypes being able to differentiate into mature osteoclasts.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 15 (8), 1477-1488 (2000).</li><li>Itoh, Y., 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=Dichloroacetate+effects+on+glucose+and+lactate+oxidation+by+neurons+and+astroglia+in+vitro+and+on+glucose+utilization+by+brain+in+vivo.">Dichloroacetate effects on glucose and lactate oxidation by neurons and astroglia in vitro and on glucose utilization by brain in vivo.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 100 (8), 4879-4884 (2003).</li><li>Oba, M., Baldwin, R. L. 4. t. h., Bequette, B. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidation+of+glucose,+glutamate,+and+glutamine+by+isolated+ovine+enterocytes+in+vitro+is+decreased+by+the+presence+of+other+metabolic+fuels.">Oxidation of glucose, glutamate, and glutamine by isolated ovine enterocytes in vitro is decreased by the presence of other metabolic fuels.</a> Journal of Animal Science. 82 (2), 479-486 (2004).</li><li>Esen, E., Lee, S. Y., Wice, B. M., Long, F. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=PTH+promotes+bone+anabolism+by+stimulating+aerobic+glycolysis+via+IGF+signaling.">PTH promotes bone anabolism by stimulating aerobic glycolysis via IGF signaling.</a> Journal of Bone and Mineral Research. 30 (11), 1959-1968 (2015).</li><li>Huynh, F. K., Green, M. F., Koves, T. R., Hirschey, 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=Measurement+of+fatty+acid+oxidation+rates+in+animal+tissues+and+cell+lines.">Measurement of fatty acid oxidation rates in animal tissues and cell lines.</a> Methods in Enzymology. 542, 391-405 (2014).</li><li>Hodson, L., Skeaff, C. M., Fielding, B. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Fatty+acid+composition+of+adipose+tissue+and+blood+in+humans+and+its+use+as+a+biomarker+of+dietary+intake.">Fatty acid composition of adipose tissue and blood in humans and its use as a biomarker of dietary intake.</a> Progress in Lipid Research. 47 (5), 348-380 (2008).</li><li>Abdelmagid, S. A., 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=Comprehensive+profiling+of+plasma+fatty+acid+concentrations+in+young+healthy+Canadian+adults.">Comprehensive profiling of plasma fatty acid concentrations in young healthy Canadian adults.</a> PLoS One. 10 (2), 0116195 (2015).</li></ol>

Het protocol biedt een eenvoudig te gebruiken methode om de oxidatiesnelheid van belangrijke energiesubstraten te bepalen. Het is een eenvoudiger alternatief voor andere protocollen die kolven gebruiken die een centrale put bevatten en afgedekt zijn met rubberen stoppen 14,15,16. Hoewel de voorbeeldstudie hier wordt uitgevoerd met celkweek, kan de methode gemakkelijk worden aangepast voor weefselexplantaten of weefselhomogenaten...

Oxidatieve fosforylering (OXPHOS) in eukaryoten is het proces waarbij voedingsstoffen worden afgebroken in mitochondriën om chemische energie vrij te maken in de vorm van ATP door zuurstofverbruik.  Katabolisme van verschillende substraten in mitochondriën via de tricarbonzuur (TCA) cyclus genereert weinig ATP-moleculen direct, maar slaat eerder energie op door reductie van de elektronendragers nicotinamide adenine dinucleotide (NAD +) en flavine adenine dinucleotide (FAD +). De gereduceerde dragers worden vervolgens geoxideerd door ETC op het binnenmembraan van mitochondriën om een protonconcentratiegradiënt over het membraan te genereren. De protonen stromen uiteindelijk hun gradiënt terug naar de mitochondriale matrix via ATP-synthase om ATP te produceren. OXPHOS is de meest efficiënte manier van ATP-productie uit energiesubstraten en heeft over het algemeen de voorkeur in aerobe omgevingen. Eerder werd gedacht dat aerobe glycolyse - productie van lactaat uit glucose terwijl zuurstof aanwezig is - pathofysiologisch was, vaak een kenmerk van kankercellen. Meer en meer wordt ontdekt dat sommige normale celtypen aerobe glycolyse gebruiken om redenen die nog niet volledig zijn ontcijferd.
Metabole flexibiliteit is het vermogen van cellen of organismen om zich aan te passen aan veranderende energiebehoeften en beschikbare brandstofbronnen. Aan de energetische vraag naar skeletspieren wordt bijvoorbeeld voornamelijk voldaan door OXPHOS in steady state, maar door anaerobe glycolyse tijdens intensieve training1. Naarmate de inspanningsduur toeneemt, dragen glucose- en vetzuuroxidatie meer bij aan de algehele energieproductie2. Substraatgebruik is echter niet alleen afhankelijk van beschikbaarheid, omdat substraten antagonistisch concurreren tijdens oxidatie. Met name is aangetoond dat vetzuuroxidatie het glucosegebruik door skeletspieren remt in een fenomeen dat bekend staat als het Randle-effect3. Een wederkerig effect werd aangetoond door latere studies 4,5. Bovendien worden veel ziekten geassocieerd met een verandering in substraatvoorkeur en de ontwikkeling van metabole inflexibiliteit in cellen. Vetzuuroxidatie is bijvoorbeeld verminderd in de skeletspieren van type II diabetespatiënten in vergelijking met normale controlepersonen6. De metabole veranderingen in ziekte-instellingen zijn een onderwerp van intensief onderzoek omdat ze kunnen bijdragen aan de pathogenese.
Het energiemetabolisme in skeletceltypen is relatief onderbelicht, maar heeft de laatste jaren aandacht gekregen7. Eerder werk heeft aangetoond dat aerobe glycolyse de dominante energieroute is in calvariale osteoblasten, terwijl glucose-oxidatie via de TCA-cyclus een rol speelt bij osteoclastenvorming 8,9. Anderen hebben bewijs geleverd voor vetzuren als energiebron voor osteoblasten10. Glutaminekatabolisme heeft ook aangetoond dat het osteoblastdifferentiatie van de voorlopersondersteunt 11,12. Een uitgebreid begrip van substraatgebruik door verschillende skeletceltypen ontbreekt echter nog steeds. Bovendien wordt verwacht dat veranderingen in het cellulaire metabolisme tijdens celdifferentiatie of als reactie op pathologische signalen het gebruik van brandstofsubstraat zullen veranderen. Hieronder wordt een eenvoudig te gebruiken protocol beschreven voor het testen van substraatoxidatie in vitro.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>0.22 &#181;m filters</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>SLGVM33RS</td>
			<td>Used to filter BSA solution</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>0.25% Trypsin-EDTA</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>25200056</td>
			<td>Dissociate cells from cell culture plates</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>1.5 mL Eppendorf tubes</td>
			<td>PR1MA</td>
			<td>PR MCT17 RB</td>
			<td>Used for reaction incubation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 cm plates</td>
			<td>TPP</td>
			<td>93100</td>
			<td>Used for cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10 mL syringe</td>
			<td>BD</td>
			<td>302995</td>
			<td>Used to flush marrow from long bones</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>10% FBS</td>
			<td>Atlanta biologicals</td>
			<td>S11550</td>
			<td>For Cell culture medium preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>14C-Glucose</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td>NEC042X050UC</td>
			<td>Used to make hot media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>14C-glutamine</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td>NEC451050UC</td>
			<td>Used to make hot media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>14C-oleate</td>
			<td>PerkinElmer</td>
			<td>NEC317050UC</td>
			<td>Used to make hot media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>23 G needle</td>
			<td>BD</td>
			<td>305120</td>
			<td>Used to flush marrow from long bones</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>24-well plates</td>
			<td>TPP</td>
			<td>92024</td>
			<td>Used for cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>70 &#956;m cell strainers</td>
			<td>MIDSCI</td>
			<td>70CELL</td>
			<td>Used to filter supernatant during cavarial digestion</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Acridine Orange/Propidium Iodide (AO/PI) dye</td>
			<td>Nexcelom Biosciences</td>
			<td>CS2-0106</td>
			<td>Stains live cells to determine seed density</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Ablumin</td>
			<td>Proliant Biologicals</td>
			<td>68700</td>
			<td>Used for fatty acid conjugation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Cellometer Auto 2000</td>
			<td>Nexcelom Biosciences</td>
			<td></td>
			<td>Determine the number of viable cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Centrifuge</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>Legend Micro 21R</td>
			<td>Used to pellet cells</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Collagenase type II</td>
			<td>Worthington</td>
			<td>LS004176</td>
			<td>Dissociate cells from tissue</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Custom MEM alpha</td>
			<td>GIBCO</td>
			<td>SKU: ME 18459P1</td>
			<td>Used to create custom hot media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dulbecco&#39;s Phosphate-Buffered Saline</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>10010023</td>
			<td>Used to dissolve and dilute reagents, and wash culture dishes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Filter Paper</td>
			<td>Millipore-Sigma</td>
			<td>WHA1001090</td>
			<td>Traps CO2 with sodium hydroxide</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Glucose</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>g7528</td>
			<td>Used to make custom media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>HEPES</td>
			<td>Gibco</td>
			<td>15630080</td>
			<td>Traps CO2 during cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-carnitine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>C0283</td>
			<td>Supplemented for fatty acid oxidation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>L-Glutamine</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>g3126</td>
			<td>Used to make custom media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>MEM alpha</td>
			<td>Thermo</td>
			<td>A10490</td>
			<td>Cell culture medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Parafilm</td>
			<td>Pecheney Plastic Packaging</td>
			<td>PM998</td>
			<td>Used to seal cell culture dishes</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Penicillin-Streptomycin</td>
			<td>Thermo Fisher</td>
			<td>15140122</td>
			<td>Prevents contamination in cell culture</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Perchloric Acid</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>244252</td>
			<td>Releases CO2 during metabolic assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Pyruvate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>p5280</td>
			<td>Used to make custom media</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scintillation Counter</td>
			<td>Beckman Coulter</td>
			<td>LS6500</td>
			<td>Determines radioactivity from the filter paper</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scintillation Fluid</td>
			<td>MP Biomedicals</td>
			<td>882453</td>
			<td>Absorb the energy emitted by RAMs and re-emit it as flashes of light</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Scintillation Vial</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>03-337-1</td>
			<td>Reaction containers for scintillation fluid</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium carbonate</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>S5761</td>
			<td>Balance buffer for medium</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium Hydroxide</td>
			<td>Sigma-Aldrich</td>
			<td>58045</td>
			<td>Traps CO2 during metaboilc assay</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sodium oleate</td>
			<td>SANTA CRUZ</td>
			<td>SC-215879</td>
			<td>BSA conjugated fatty acid preparation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Vaccum filtration 1000</td>
			<td>TPP</td>
			<td>99950</td>
			<td>Filter cMEM&#945;</td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessing energy substrate oxidation in vitro with 14co2 trapping

Mitochondriën herbergen de machines voor de tricarbonzuur (TCA) cyclus en elektronentransportketen (ETC), die adenosinetrifosfaat (ATP) genereren om de energiehomeostase te behouden. Glucose, vetzuren en aminozuren zijn de belangrijkste energiesubstraten die mitochondriale ademhaling in de meeste somatische cellen voeden. Er zijn aanwijzingen dat verschillende celtypen een duidelijke voorkeur kunnen hebben voor bepaalde substraten. Substraatgebruik door verschillende cellen in het skelet is echter niet in detail bestudeerd. Bovendien, aangezien het cellulaire metabolisme is afgestemd op fysiologische en pathofysiologische veranderingen, kunnen directe beoordelingen van substraatafhankelijkheid in skeletcellen belangrijke inzichten verschaffen in de pathogenese van botziekten.
Het volgende protocol is gebaseerd op het principe van kooldioxide-afgifte uit substraatmoleculen na oxidatieve fosforylering. Door substraten te gebruiken die radioactief gelabelde koolstofatomen (14C) bevatten, biedt de methode een gevoelige en eenvoudig te gebruiken test voor de snelheid van substraatoxidatie in celkweek. Een casestudy met primaire calvariale preosteoblasten versus beenmerg-afgeleide macrofagen (BMM's) toont een verschillend gebruik van de belangrijkste substraten tussen de twee celtypen.

In dit voorbeeld wordt de CO 2-vangmethode gebruikt om substraatoxidatie door primaire calvariale preosteoblasten te vergelijken met BMM's, die vaak worden gebruikt voor respectievelijk in vitro osteoblasten- of osteoclastendifferentiatie. Nadat de primaire cellen 's nachts in cMEMα zijn gepasseerd en gekweekt, bereiken ze meestal 80-90% van de samenvloeiing en vertonen ze hun karakteristieke morfologie. De calvariale preosteoblasten zijn opvallend groter dan BMM's (figuur 2</str...

Watch this Scientific Journal Video about Assessing Energy Substrate Oxidation In Vitro with 14CO2 Trapping at JoVE.com

Assessing Energy Substrate Oxidation In Vitro with 14CO2 Trapping

Dit protocol beschrijft een eenvoudig te gebruiken methode om substraatoxidatie te onderzoeken door 14CO2-productie in vitro te volgen.

Beoordeling van energiesubstraatoxidatie in vitro met 14CO2-vangst

Mitochondria host the machinery for the tricarboxylic acid (TCA) cycle and electron transport&#160;chain (ETC), which generate adenosine triphosphate ...

Het gebruik van verschillende energiesubstraten is zowel celtypespecifiek als ziekte-indicatief. Het meten van het verbruik van de specifieke substraten kan licht werpen op zowel de normale biologie als de pathologie. De techniek heeft geen gespecialiseerde apparatuur nodig en is eenvoudig op te schalen.Het is ook gemakkelijker te gebruiken dan eerdere gepubliceerde methoden. Inzicht in veranderingen in substraatoxidatiesnelheid zal de ontwikkeling van voedings- en farmacologische interventies voor metabole stoornissen mogelijk maken. Hoewel aangetoond met botweefsel, is deze techniek gemakkelijk aan te passen om metabole flexibiliteit in alle celtypen te bestuderen en inzicht te krijgen in zowel de oorzaken als de gevolgen van metabole verschuivingen.Na het offeren van de pups van drie tot vijf postnatale dagen, breng ze over naar ijskoude D PBS met penicilline streptomycine dubbele antibiotische oplossing. Stel de calvaria bloot door de huid en het zachte weefsel te verwijderen. Verzamel het middelste gebied door de omliggende weefsels van achter naar voren in D PBS te snijden.Kras de binnen- en buitenoppervlakken van de calvaria voorzichtig met een pincet om de cellen vrij te maken bij de daaropvolgende spijsvertering. Bereid 2 en 4 milligram per milliliter oplossingen van collagenase type twee in D PBS en filter elke oplossing met een vers filter van 0,22 micrometer. Verteer eerst de gereinigde calvaria met twee milligram per milliliter collagenase-oplossing gedurende 15 minuten en gooi vervolgens de digestieoplossing weg.Verteer vervolgens de schone monsters in vier milligram per milliliter collagenase-oplossing driemaal gedurende 15 minuten per keer. Trek vervolgens de verteringsoplossing en bewaar deze. Filtreer de digestieoplossing door 70 micrometer celzeefjes en centrifugeer het filtraat bij 300 RCF gedurende vijf minuten.Resuspensie van de celkorrel in volledig MEM-alfamedium met 10% FBS en penicilline streptomycine dubbele antibiotische oplossing. Tel en zaai de cellen in een plaat van 10 centimeter. Kweek de cellen in een incubator van 37 graden Celsius met 5% koolstofdioxide gedurende drie dagen.Dissociëer vervolgens de cellen bij 37 graden Celsius met 0,25 Trypsine EDTA. Na de vertering, tel en zaai de cellen in een 24 well cel kweekplaat met een compleet MEM alfa medium met 10% FBS en penicilline streptomycine dual antibioticum oplossing. Zaai ten minste vier putjes per celtype per substraat en ten minste drie extra putjes voor elk celtype voor het tellen vóór de test.Kweek de cellen 's nachts bij 37 graden Celsius. Na het verwijderen van de spier en het bindweefsel van acht weken oude muizen en het verzamelen van dijbenen en tibia's, knip en gooi beide uiteinden van de botten met een scherpe schaar weg. Spoel het beenmerg uit één dijbeen en één scheenbeen in een verse petrischaal van 10 centimeter met een spuit uitgerust met een naald van 23 gauge met 15 milliliter volledig MEM-alfamedium met 10% FBS penicilline streptomycine dubbele antibioticumoplossing en 10% CGM 14 12 geconditioneerd medium.Kweek de cellen in de petrischaal in een incubator van 37 graden Celsius met 5% koolstofdioxide. Gooi na drie dagen de kweekmedia weg en spoel de cellen met D PBS. Dissociëer de aangehechte cellen bij 37 graden Celsius met 0,25% Trypsine EDTA gedurende vijf minuten.Na het centrifugeren suspensie van de celkorrel opnieuw in het BMM-medium. Tel en zaai de cellen in een 24 put celkweekplaat volgens de eerder beschreven procedure. Cultuur bij 37 graden Celsius 's nachts in het BMM-medium voordat de testen worden gestart.Was de cellen in de extra putjes twee keer met D PBS. Dissocieer de cellen met 0,25% Trypsine EDTA. Re suspensie 20 microliter verteerde cellen in D PBS.Bepaal met 20 microliter acridine orange en propidiumjodidekleurstofoplossing het aantal levende cellen met een geautomatiseerde celteller en noteer het aantal. Was de cellen in de testputten tweemaal met D PBS. Voeg 500 microliter heet medium toe aan elke testput in de ram-aangewezen weefselkweekkap.Na het afdichten van de plaat met parafilm, incubeer de cellen in een RAM-aangewezen incubator bij 37 graden Celsius gedurende 4 uur. Snijd tijdens de incubatie het filtreerpapier in cirkelvormige stukken, iets groter dan het gebied in de dop van de microcentrifugebuis van 1,5 milliliter en steek het papier goed in de dop. Voeg 200 microliter van één 1 molair perchloorzuur toe aan elke buis en 20 microliter natriumhydroxide aan het filtreerpapier dat in de dop is aangebracht.Breng na het uitbroeden van de cellen 400 microliter kweekmedium van elke put over naar de voorbereide buizen en sluit de doppen onmiddellijk. Laat de buizen een uur in een buizenrek op kamertemperatuur staan. Parallelae stelt tijdens de incubatie voor elke buis een scintillatieflacon op en vult deze met vier milliliter scintillatievloeistof.Breng elk stuk filtreerpapier over in een injectieflacon met scintillatie en incubeer gedurende 30 minuten bij kamertemperatuur. Voer veegtests uit op de weefselkweekkap, het waterbad, de koelkast, de incubator, de gootsteen, de grond en elk ander werkgebied op mogelijke RAM-verontreiniging. Doe de papieren doekjes in scintillatieflacons met scintillatievloeistof.Meet de koolstof 14-radioactiviteit in de scintillatieflacons met een scintillatieteller en noteer de leesresultaten. Ontsmet de werkomgeving, indien nodig volgens stralingsveiligheidsrichtlijnen. De figuur vergelijkt substraatoxidatie door primaire calvaria pre-osteoblasten versus BMM's.Nadat de primaire cellen 's nachts in volledig MEM-alfamedium zijn gepasseerd en gekweekt, bereiken ze meestal 80 tot 90% confluentie en vertonen ze hun karakteristieke morfologie. De calvariale pre-osteoblasten zijn aanzienlijk groter dan BMM's. De resultaten van substraatoxidatie toonden aan dat de oxidatiesnelheid voor elk substraat significant hoger is in calvariale pre-osteoblasten dan BMM's, wat waarschijnlijk wijst op een hogere energieproductie door oxidatieve fosforylering in de pre-osteoblasten.Het ingebrachte derde papier moet iets groter zijn dan een 1,7 milliliter ebin bovenbuisdop. Deze methode kan worden gebruikt in combinatie met zuurstofverbruik en om de totale snelheid van oxidatieve fosforylering en lactatieve productie in de cellen te bepalen. Dit protocol kan worden gebruikt om het substraatgebruik te bepalen tijdens verschillende differentiatiestadia of ziekte-instellingen.Met deze kennis kunnen we interventies ontwikkelen voor stofwisselingsstoornissen.

Research

JoVE Journal

Biology

Assessing Energy Substrate Oxidation In Vitro with 14CO2 Trapping

Patch Clamp and Perfusion Techniques for Studying Ion Channels Expressed in Xenopus oocytes

Patch Clamp and Perfusion Techniques for Studying Ion Channels Expressed in Xenopus oocytes

Patch Clamp en perfusie technieken voor het bestuderen van Ion Channels Uitgedrukt in Xenopus Eicellen

The protocol presented here is designed to study the activation of the large conductance, voltage- and Ca2+-activated K+ (BK) channels. The protocol may ...

Real-time Monitoring of Ligand-receptor Interactions with Fluorescence Resonance Energy Transfer

Real-time monitoring van ligand-receptor interacties met Fluorescence Resonance Energy Transfer

FRET is a process  whereby energy is non-radiatively transferred from an excited donor molecule to  a ground-state acceptor molecule through long-range ...

Gene Trapping Using Gal4 in Zebrafish

Gene Trapping behulp Gal4 in zebravis

Large clutch size and external development of optically transparent embryos make zebrafish an exceptional vertebrate model system for in vivo insertional ...

Determination of Fatty Acid Oxidation and Lipogenesis in Mouse Primary Hepatocytes

Bepaling van vetzuuroxidatie en Lipogenese in Mouse primaire hepatocyten

Lipid metabolism in liver is complex. In addition to importing and exporting lipid via lipoproteins, hepatocytes can oxidize lipid via fatty acid ...

Measurement of Energy Metabolism in Explanted Retinal Tissue Using Extracellular Flux Analysis

Meting van de energie-stofwisseling in transplanteren retinale weefsel met behulp van extracellulaire Flux-analyse

High acuity vision is a heavily energy-consuming process, and the retina has developed several unique adaptations to precisely meet such demands while ...

Assessing Mineral Availability in Fish Feeds using Complementary Methods Demonstrated with the Example of Zinc in Atlantic Salmon

Beoordeling van de beschikbaarheid van mineralen in visvoeders met behulp van aanvullende methoden die zijn aangetoond met het voorbeeld van zink in Atlantische zalm

Assessing the availability of dietary micro-minerals is a major challenge in mineral nutrition of fish species. The present article aims to describe a ...

Assessing Protein Interactions in Live-Cells with FRET-Sensitized Emission

Beoordeling van eiwitinteracties in levende cellen met FRET-gesensibiliseerde emissie

F&#246;rster Resonance Energy Transfer (FRET) is the radiationless transfer of energy from an excited donor to an acceptor molecule and depends upon the ...

Measuring Mitochondrial Substrate Flux in Recombinant Perfringolysin O-Permeabilized Cells

Meten van mitochondriale substraatflux in recombinante perfringolysine O-permeabiliseerde cellen

Mitochondrial substrate flux is a distinguishing characteristic of each cell type, and changes in its components such as transporters, channels, or ...

Determining Basal Energy Expenditure and the Capacity of Thermogenic Adipocytes to Expend Energy in Obese Mice

Het bepalen van het basale energieverbruik en de capaciteit van thermogene adipocyten om energie te besteden aan zwaarlijvige muizen

Energy expenditure measurements are necessary to understand how changes in metabolism can lead to obesity. Basal energy expenditure can be determined in ...

Application of Passive Head Motion to Generate Defined Accelerations at the Heads of Rodents

Toepassing van passieve hoofdbeweging om gedefinieerde versnellingen te genereren bij de hoofden van knaagdieren

Exercise is widely recognized as effective for various diseases and physical disorders, including those related to brain dysfunction. However, molecular ...