Name: assessment of open probability of the mitochondrial permeability transition pore in the setting of coenzyme q excess
Uploaded: 2022-06-01T14:00:00
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이 연구는 NIH / NIGMS T32GM008464 (K.K.G.), Columbia University Irving Medical Center Target of Opportunity Provost Award to Department of Anesthesiology (K.K.G.), Society of Pediatric Anesthesia Young Investigator Research Award (K.K.G.), NIKH / NINDS R01NS112706 (R.J.L.)

컬럼비아 대학 의료 센터의 기관 동물 관리 및 사용위원회 승인은 설명 된 모든 방법에 대해 획득되었습니다. 본 연구를 위한 모델 시스템으로 사용된 FXS(Fmr1KO)(FVB.129P2-Pde6b+ Tyr c-ch Fmr1tm1Cgr/J) 및 대조군(FVB)(FVB.129P2-Pde6b+ Tyrc-ch/AntJ) 마우스는 상업적으로 획득되었다(물자의 표 참조). 다섯 마리 내지 열한 마리의 동물을 각 실험군에 사용하?...

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	<li>Rasola, A., Bernardi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mitochondrial+permeability+transition+pore+and+its+involvement+in+cell+death+and+in+disease+pathogenesis.">The mitochondrial permeability transition pore and its involvement in cell death and in disease pathogenesis.</a> Apoptosis. 12 (5), 815-833 (2007).</li><li>Szab&#243;, I., Zoratti, 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+mitochondrial+megachannel+is+the+permeability+transition+pore.">The mitochondrial megachannel is the permeability transition pore.</a> Journal of Bioenergetics and Biomembranes. 24, 111-117 (1992).</li><li>Brand, M., Ferguson, S., Nunnari, J., K&#252;hlbrandt, W., Alberts, 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=.">.</a> Molecular Biology of the Cell. 14, 767-830 (2002).</li><li>Perez, M. J., Quintanilla, R. A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Development+or+disease:+duality+of+the+mitochondrial+permeability+transition+pore.">Development or disease: duality of the mitochondrial permeability transition pore.</a> Developmental Biology. 426 (1), 1-7 (2017).</li><li>Kwong, J. Q., Molkentin, J. D. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Physiological+and+pathological+roles+of+the+mitochondrial+permeability+transition+pore+in+the+heart.">Physiological and pathological roles of the mitochondrial permeability transition pore in the heart.</a> Cell Metabolism. 21 (2), 206-214 (2015).</li><li>Javadov, S., Kuznetsov, A. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mitochondrial+permeability+transition+and+cell+death:+the+role+of+cyclophilin+d.">Mitochondrial permeability transition and cell death: the role of cyclophilin d.</a> Frontiers in Physiology. 4, 76 (2013).</li><li>Dorn, G. W. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Mechanisms+of+non-apoptotic+programmed+cell+death+in+diabetes+and+heart+failure.">Mechanisms of non-apoptotic programmed cell death in diabetes and heart failure.</a> Cell Cycle. 9 (17), 3442-3448 (2010).</li><li>Boyman, L., 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=Dynamics+of+the+mitochondrial+permeability+transition+pore:+Transient+and+permanent+opening+events.">Dynamics of the mitochondrial permeability transition pore: Transient and permanent opening events.</a> Archives of Biochemistry and Biophysics. 666, 31-39 (2019).</li><li>Hom, J. R., 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=The+permeability+transition+pore+controls+cardiac+mitochondrial+maturation+and+myocyte+differentiation.">The permeability transition pore controls cardiac mitochondrial maturation and myocyte differentiation.</a> Developmental Cell. 21 (3), 469-478 (2011).</li><li>Hou, 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=Mitochondrial+superoxide+production+negatively+regulates+neural+progenitor+proliferation+and+cerebral+cortical+development.">Mitochondrial superoxide production negatively regulates neural progenitor proliferation and cerebral cortical development.</a> Stem Cells. 30 (11), 2535-2547 (2012).</li><li>Elrod, J. W., 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=Cyclophilin+D+controls+mitochondrial+pore-dependent+Ca(2+)+exchange,+metabolic+flexibility,+and+propensity+for+heart+failure+in+mice.">Cyclophilin D controls mitochondrial pore-dependent Ca(2+) exchange, metabolic flexibility, and propensity for heart failure in mice.</a> Journal of Clinical Investigation. 120 (10), 3680-3687 (2010).</li><li>Bonora, M., Giorgi, C., Pinton, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Molecular+mechanisms+and+consequences+of+mitochondrial+permeability+transition.">Molecular mechanisms and consequences of mitochondrial permeability transition.</a> Nature Reviews Molecular Cell Biology. , (2021).</li><li>Bernardi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulation+of+the+mitochondrial+cyclosporin+A-sensitive+permeability+transition+pore+by+the+proton+electrochemical+gradient.+Evidence+that+the+pore+can+be+opened+by+membrane+depolarization.">Modulation of the mitochondrial cyclosporin A-sensitive permeability transition pore by the proton electrochemical gradient. Evidence that the pore can be opened by membrane depolarization.</a> Journal of Biological Chemistry. 267 (13), 8834-8839 (1992).</li><li>Petronilli, 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=The+voltage+sensor+of+the+mitochondrial+permeability+transition+pore+is+tuned+by+the+oxidation-reduction+state+of+vicinal+thiols.+Increase+of+the+gating+potential+by+oxidants+and+its+reversal+by+reducing+agents.">The voltage sensor of the mitochondrial permeability transition pore is tuned by the oxidation-reduction state of vicinal thiols. Increase of the gating potential by oxidants and its reversal by reducing agents.</a> Journal of Biological Chemistry. 269 (24), 16638-16642 (1994).</li><li>Giorgio, 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=Ca(2+)+binding+to+F-ATP+synthase+beta+subunit+triggers+the+mitochondrial+permeability+transition.">Ca(2+) binding to F-ATP synthase beta subunit triggers the mitochondrial permeability transition.</a> European Molecular Biology Organization Reports. 18 (7), 1065-1076 (2017).</li><li>Halestrap, A. P., Woodfield, K. Y., Connern, C. P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Oxidative+stress,+thiol+reagents,+and+membrane+potential+modulate+the+mitochondrial+permeability+transition+by+affecting+nucleotide+binding+to+the+adenine+nucleotide+translocase.">Oxidative stress, thiol reagents, and membrane potential modulate the mitochondrial permeability transition by affecting nucleotide binding to the adenine nucleotide translocase.</a> Journal of Biological Chemistry. 272 (6), 3346-3354 (1997).</li><li>Szabo, I., Bernardi, P., Zoratti, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Modulation+of+the+mitochondrial+megachannel+by+divalent+cations+and+protons.">Modulation of the mitochondrial megachannel by divalent cations and protons.</a> Journal of Biological Chemistry. 267 (5), 2940-2946 (1992).</li><li>Karch, 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=Inhibition+of+mitochondrial+permeability+transition+by+deletion+of+the+ANT+family+and+CypD.">Inhibition of mitochondrial permeability transition by deletion of the ANT family and CypD.</a> Science Advances. 5 (8), (2019).</li><li>Alavian, K. N., 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=An+uncoupling+channel+within+the+c-subunit+ring+of+the+F1FO+ATP+synthase+is+the+mitochondrial+permeability+transition+pore.">An uncoupling channel within the c-subunit ring of the F1FO ATP synthase is the mitochondrial permeability transition pore.</a> Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 111 (29), 10580-10585 (2014).</li><li>Antoniel, 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=The+unique+histidine+in+OSCP+subunit+of+F-ATP+synthase+mediates+inhibition+of+the+permeability+transition+pore+by+acidic+pH.">The unique histidine in OSCP subunit of F-ATP synthase mediates inhibition of the permeability transition pore by acidic pH.</a> European Molecular Biology Organization Reports. 19 (2), 257-268 (2018).</li><li>Haworth, R. A., Hunter, D. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+Ca2+-induced+membrane+transition+in+mitochondria.+II.+Nature+of+the+Ca2++trigger+site.">The Ca2+-induced membrane transition in mitochondria. II. Nature of the Ca2+ trigger site.</a> Archives of Biochemistry and Biophysics. 195 (2), 460-467 (1979).</li><li>Halestrap, A. P., Connern, C. P., Griffiths, E. J., Kerr, P. M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=Cyclosporin+A+binding+to+mitochondrial+cyclophilin+inhibits+the+permeability+transition+pore+and+protects+hearts+from+ischaemia/reperfusion+injury.">Cyclosporin A binding to mitochondrial cyclophilin inhibits the permeability transition pore and protects hearts from ischaemia/reperfusion injury.</a> Molecular and Cellular Biochemistry. 174 (1-2), 167-172 (1997).</li><li>Giorgio, V., Fogolari, F., Lippe, G., Bernardi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=OSCP+subunit+of+mitochondrial+ATP+synthase:+role+in+regulation+of+enzyme+function+and+of+its+transition+to+a+pore.">OSCP subunit of mitochondrial ATP synthase: role in regulation of enzyme function and of its transition to a pore.</a> British Journal of Pharmacology. 176 (22), 4247-4257 (2019).</li><li>Fontaine, E., Ichas, F., Bernardi, P. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+ubiquinone-binding+site+regulates+the+mitochondrial+permeability+transition+pore.">A ubiquinone-binding site regulates the mitochondrial permeability transition pore.</a> Journal of Biological Chemistry. 273 (40), 25734-25740 (1998).</li><li>Griffiths, K. 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=Inefficient+thermogenic+mitochondrial+respiration+due+to+futile+proton+leak+in+a+mouse+model+of+fragile+X+syndrome.">Inefficient thermogenic mitochondrial respiration due to futile proton leak in a mouse model of fragile X syndrome.</a> Federation of American Societies for Experimental Biology Journal. 34 (6), 7404-7426 (2020).</li><li>Barajas, 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=The+newborn+Fmr1+knockout+mouse:+a+novel+model+of+excess+ubiquinone+and+closed+mitochondrial+permeability+transition+pore+in+the+developing+heart.">The newborn Fmr1 knockout mouse: a novel model of excess ubiquinone and closed mitochondrial permeability transition pore in the developing heart.</a> Pediatric Research. 89 (3), 456-463 (2021).</li><li>Parks, R. J., Murphy, E., Liu, J. C., Palmeira, C. M., Moreno, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Mitochondrial Bioenergetics: Methods and ProtocolsMethods in Molecular Biology. , 187-196 (2018).</li><li>Carraro, M., Bernardi, P. <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+membrane+permeability+and+the+mitochondrial+permeability+transition.">Measurement of membrane permeability and the mitochondrial permeability transition.</a> Methods in Cell Biology. 155, 369-379 (2020).</li><li>Affourtit, C., Wong, H., Brand, M. D., Palmeira, C. M., Moreno, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Mitochondrial Bioenergetics: Methods and ProtocolsMethods in Molecular Biology. , 157-170 (2018).</li><li>Teodoro, J. S., Palmeira, C. M., Rolo, A. P., Palmeira, C. M., Moreno, A. J. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=.">.</a> Mitochondrial Bioenergetics: Methods and ProtocolsMethods in Molecular Biology. , 109-119 (2018).</li><li>Neginskaya, M. A., Pavlov, E. V., Sheu, 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=Electrophysiological+properties+of+the+mitochondrial+permeability+transition+pores:+Channel+diversity+and+disease+implication.">Electrophysiological properties of the mitochondrial permeability transition pores: Channel diversity and disease implication.</a> Biochimica et Biophysica Acta - Bioenergetics. 1862 (3), 148357 (2021).</li><li>Zoratti, M., Szabo, I. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=The+mitochondrial+permeability+transition.">The mitochondrial permeability transition.</a> Biochimica et Biophysica Acta. 1241 (2), 139-176 (1995).</li><li>Yajuan, X., Xin, L., Zhiyuan, L. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/entrez/query.fcgi?db=PubMed&cmd=Search&doptcmdl=Citation&defaultField=Title+Word&term=A+comparison+of+the+performance+and+application+differences+between+manual+and+automated+patch-clamp+techniques.">A comparison of the performance and application differences between manual and automated patch-clamp techniques.</a> Current Chemical Genomics. 6, 87-92 (2012).</li><li>Petronilli, 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=Transient+and+long-lasting+openings+of+the+mitochondrial+permeability+transition+pore+can+be+monitored+directly+in+intact+cells+by+changes+in+mitochondrial+calcein+fluorescence.">Transient and long-lasting openings of the mitochondrial permeability transition pore can be monitored directly in intact cells by changes in mitochondrial calcein fluorescence.</a> Biophysical Journal. 76 (2), 725-734 (1999).</li></ol>

이 논문에서는 mPTP의 개방 확률을 평가하는 방법을 설명한다. 구체적으로, 저전도도 mPTP 개방에 대한 전압 임계값은 ΔΨs의 범위에 걸친 양성자 누출에 대한 CsA 억제의 효과를 평가함으로써 결정되었다. 이 기술을 사용하여, 우리는 FXS 마우스와 FVB 대조군 사이의 mPTP의 전압 게이팅의 차이가 조직 특이적 CoQ 함량의 차이와 일치하는지 확인할 수 있었다. 이 방법론의 성공에 중요한 것은 미토콘드리?...

mPTP는 투과성 전이 (PT)를 매개하고, 이에 의해 IMM은 소분자 및 용질 1,2에 갑작스럽게 투과성이된다. 이러한 현저한 현상은 산화적 인산화3에 필요한 전기화학적 구배를 확립하는데 근본적인 IMM의 특성 불투과성으로부터 뚜렷한 출발이다. PT는 다른 미토콘드리아 수송 메커니즘과 달리 높은 전도도, 비특이적, 비선택적 과정으로, 최대 1.5kDa4,5의 다양한 분자의 통과를 허용한다. mPTP는 IMM 내의 전압 게이트 채널로, 개구부가 ΔΨ, ATP 생산, 칼슘 항상성, 반응성 산소 종 (ROS) 생산 및 세포 생존력4를 변경합니다.
병리학적 극단에서, mPTP의 조절되지 않고 장기간의 고전도도 개방은 전기화학적 구배의 붕괴, 매트릭스 팽윤, 매트릭스 피리딘 뉴클레오티드의 고갈, 외막 파열, 막간 단백질(시토크롬 c 포함)의 방출, 및 궁극적으로는 세포 사멸 4,6을 야기한다. 이러한 병리학적 mPTP 개방은 심장 허혈-재관류 손상, 심부전, 외상성 뇌 손상, 다양한 신경퇴행성 질환, 및 당뇨병 1,7에 연루되어 있다. 그러나, 저-전도도 mPTP 개방은 본질적으로 생리학적이며, 고전도도 개방과는 달리, 심오한 탈분극 또는 미토콘드리아 팽윤을 초래하지 않는다4.
기공의 낮은 전도도 개방은 투과성을 ~300 Da로 제한하고, ATP 합성과 무관하게 양성자의 통과를 허용하며, 생리학적 양성자 누출의 잠재적 원인이다(5). 생리학적 mPTP 개방은 ΔΨ의 제어된 감소를 야기하고, 호흡 수송 사슬을 통한 전자 플럭스를 증가시키며, 수퍼옥사이드의 짧은 버스트 또는 플래시를 초래하여, ROS 신호전달(8)에 기여한다. 이러한 일시적인 mPTP 개방의 조절은 칼슘 항상성 및 정상적인 세포 발달 및 성숙 4,9,10,11에 중요하다. 예를 들어, 발달하는 뉴런에서의 일시적인 기공 개방은 분화를 촉발시키는 반면, mPTP의 폐쇄는 미성숙 심근세포 4,5에서 성숙을 유도한다.
건강과 질병에서 mPTP의 기능적 중요성은 잘 확립되어 있지만, 정확한 분자 정체성은 여전히 논쟁의 여지가있다. mPTP의 분자 구조 및 기능에 대한 진행은 다른 곳(12)에서 종합적으로 검토되었다. 간략하게, 현재, mPTP의 높은- 및 낮은- 전도도 상태는 별개의 엔티티(12)에 의해 매개되는 것으로 가정되었다. 주요 후보는 각각 고전도도 및 저전도도 모드용 F1/F0 ATP 신타제(ATP 합성효소) 및 아데닌 뉴클레오티드 수송체(ANT)(12)이다.
mPTP의 기공 형성 성분의 정확한 동일성에 관한 합의가 결여되어 있음에도 불구하고, 특정 주요 특성이 상세화되었다. mPTP의 잘 확립된 특징은 IMM의 탈분극이 기공 개구(13)로 이어지도록 전기화학적 구배에 의해 조절된다는 것이다. 선행 연구는 vicinal 티올기의 산화환원 상태가 mPTP의 전압 게이팅을 변화시켜 산화가 상대적으로 더 높은 ΔΨs에서 기공을 개방하고, 티올기 감소가 닫힌 mPTP 확률14를 초래한다는 것을 보여주었다. 그러나, 단백질성 전압 센서의 동일성은 알려져 있지 않다.
기공의 개방 확률을 조절하는 다양한 소분자가 확인되었다. 예를 들어, mPTP는 칼슘, 무기 포스페이트, 지방산 및 ROS로 개방되도록 자극될 수 있고, 아데닌 뉴클레오티드 (특히 ADP), 마그네슘, 양성자, 및 CsA 5,12에 의해 억제될 수 있다. 이러한 규제 기관 중 일부의 작용 메커니즘이 해명되었습니다. 미토콘드리아 칼슘은 ATP 신타제15의 β 서브유닛에 결합함으로써 적어도 부분적으로 mPTP 개방을 촉발시킨다. ROS는 ADP에 대한 그의 친화도를 감소시키고 가장 잘 연구된 단백질성 mPTP 활성화제16인 사이클로필린 D(CypD)에 대한 그의 친화도를 향상시킴으로써 mPTP를 활성화시킬 수 있다. 무기 포스페이트 및 지방산에 의한 mPTP의 활성화 메카니즘은 덜 명확하다. 내인성 억제제에 관해서는, ADP는 ANT 또는 ATP 합성 효소에서 결합함으로써 mPTP를 억제하는 것으로 생각되며, 마그네슘은 결합 부위15,17,18,19에서 칼슘을 대체함으로써 억제 효과를 발휘합니다.
낮은 pH는 ATP 신타제 12,20,21의 조절 올리고마이신 감수성 부여 단백질 (OSCP) 서브유닛의 양성자화 히스티딘112에 의해 mPTP 개방을 억제한다. mPTP의 원형 약리학적 억제제인 CsA는 CypD에 결합하고 OSCP22,23과의 연관성을 방지함으로써 작용한다. 이전의 연구는 또한 다양한 CoQ 유사체가 mPTP와 상호작용하여, 이를 억제하거나 활성화시킨다는 것을 보여주었다(24). 최근 연구에서, 우리는 신생아 FXS 마우스 새끼25의 전뇌 미토콘드리아의 CoQ 결핍으로 인한 병리학 적으로 개방 된 mPTP, 과도한 양성자 누출 및 비효율적 인 산화 인산화의 증거를 발견했습니다.
외인성 CoQ를 사용한 기공의 폐쇄는 병리학적 양성자 누출을 차단하고 수지상 척추(25)의 형태학적 성숙을 유도하였다. 흥미롭게도, 동일한 동물에서, FXS 심근세포는 야생형 대조군26에 비해 과도한 CoQ 수준과 폐쇄된 mPTP 확률을 가졌다. CoQ 수준의 이러한 조직 특이적 차이의 원인은 알려지지 않았지만, 연구 결과는 내인성 CoQ가 mPTP의 핵심 조절자일 가능성이 높다는 개념을 강조합니다. 그러나, mPTP의 CoQ 매개 억제 메카니즘이 알려지지 않았기 때문에 우리의 지식에 큰 차이가 있다.
mPTP의 조절은 세포 신호전달 및 생존의 결정인자4이다. 따라서, 미토콘드리아 내에서 mPTP 개방을 검출하는 것은 특정 병리생리학적 메카니즘을 고려할 때 중요하다. 전형적으로, 고전도도 공극 개방에 대한 역치는 투과성 전이를 촉발시키기 위해 칼슘을 사용하여 결정된다. 이러한 칼슘 로딩은 막 전위의 붕괴, 산화적 인산화의 신속한 결합해제, 및 미토콘드리아 팽윤27,28을 초래한다. 우리는 저전도도 mPTP 개구부를 그 자체로 유도하지 않고 현장에서 검출하는 방법을 개발하고자 노력했습니다.
이 접근법은 양성자 누출 채널로서의 mPTP의 역할을 이용한다. 이를 위해, Clark-Type 및 TPP+ 이온 선택성 전극을 사용하여 누출 호흡(29) 동안 분리된 미토콘드리아에서 각각 산소 소비량과 막 전위를 동시에 측정하였다. mPTP 개방에 대한 역치는 특정 막 전위에서 양성자 누출의 CsA 매개 억제의 개시에 의해 결정되었다. 이 접근법을 사용하여, CoQ 초과의 맥락에서 mPTP의 전압 게이팅의 차이가 정확하게 정의되었다.

<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always">
	<tbody>
		<tr>
			<td>4-(2-hydroxyethyl)-1-piperazineethanesulfonic acid (HEPES)</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>15630080</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Adapted plunger assembly for pH or ion-selective electrodes for use with OXYT1</td>
			<td>PP systems</td>
			<td>941039</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>BD Intramedic PE Tubing, PE 50, 0.023 in. 10 ft.</td>
			<td>Fisher Scientific</td>
			<td>14-170-11B</td>
			<td>to modify the length of the hamilton synringe as needed</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Bovine Serum Albumin (BSA). Fatty acid free</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>A7030-10G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Dri-Ref Reference Electrode, 2 mm</td>
			<td>World Precision Inst. LLC</td>
			<td>DRIREF-2</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Electrode Holder for KWIK-Tips</td>
			<td>World Precision Inst. LLC</td>
			<td>KWIK-2</td>
			<td>&#160;ion selective electrode holder</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Ethylene glycol-bis(&#946;-aminoethyl ether)-N,N,N&#8242;,N&#8242;-tetraacetic acid&#160; (EGTA)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>324626</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FVB.129P2-Pde6b+ Tyrc-ch Fmr1tm1Cgr/J</td>
			<td>Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME</td>
			<td></td>
			<td>FXS mice, Fmr1 KO&#160;</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>FVB.129P2-Pde6b+ Tyrc-ch/AntJ</td>
			<td>Jackson Laboratory, Bar Harbor, ME</td>
			<td></td>
			<td>FVB mice</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hamilton 80366 Standard Syringes, 10 uL, Cemented-Needle, 6/pk</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-07938-30</td>
			<td>microsyringe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hamilton 80500 Standard Microliter Syringes, 50 uL, Cemented-Needle</td>
			<td>Cole-Parmer</td>
			<td>EW-07938-02</td>
			<td>microsyringe</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Hansatech Instruments Oxytherm+ System (Respiration) Complete</td>
			<td>PP systems</td>
			<td>OXYTHERM+R</td>
			<td>oxygen electrode and software</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Magnesium Chloride (MgCl2)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>1374248</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Mannitol</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>M9546-250G</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>P1,P5-diadenosine-5&#8242; pentaphosphate pentasodium (AP5A)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>D4022-10MG</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Percoll</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P1644</td>
			<td>medium for density gradient separation</td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium chloride (KCl)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>P3911</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Potassium dihydrogen phosphate (KH2PO4)</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>5.43841</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>Sucrose</td>
			<td>Sigma</td>
			<td>S0389</td>
			<td></td>
		</tr>
		<tr>
			<td>TPP+ Electrode Tips (3)</td>
			<td>World Precision Inst. LLC</td>
			<td>TIPTPP</td>
			<td></td>
		</tr>
	</tbody>
</table>

assessment of open probability of the mitochondrial permeability transition pore in the setting of coenzyme q excess

미토콘드리아 투과성 전이 공극(mPTP)은 건강 및 질병에 중요한 전압-게이팅된, 비선택적, 내부 미토콘드리아 막(IMM) 메가채널이다. mPTP는 저전도도 개방 동안 IMM을 통한 양성자의 누출을 매개하고 사이클로스포린 A(CsA)에 의해 특별히 억제된다. 코엔자임 Q (CoQ)는 mPTP의 조절자이며, 조직 특이적 차이는 깨지기 쉬운 X 증후군 (FXS, Fmr1 녹아웃)의 신생아 마우스 모델에서 전뇌 및 심장 미토콘드리아에서 CoQ 함량 및 mPTP의 개방 확률에서 발견되었다. 우리는이 돌연변이 균주에서 mPTP 개방에 대한 전압 임계 값을 결정하는 기술을 개발하여 양성자 누출 채널로서의 mPTP의 역할을 이용했습니다.
이를 위해, 산소 소비 및 막 전위(ΔΨ)를 편광 촬영과 누설 호흡 동안 테트라페닐포스포늄(TPP+) 이온 선택성 전극을 사용하여 분리된 미토콘드리아에서 동시에 측정하였다. mPTP 개방에 대한 역치는 특정 막 전위에서 양성자 누출의 CsA 매개 억제의 개시에 의해 결정되었다. 이 접근법을 사용하여, mPTP의 전압 게이팅의 차이는 CoQ 과잉의 맥락에서 정확하게 정의되었다. 이 새로운 기술은 mPTP의 저전도도 개방의 생리적 및 병리학적 조절에 대한 이해를 증진시키기 위한 미래의 조사를 가능하게 할 것이다.

이들 실험에서 생성된 전형적인O2 소비 및 ΔΨ 곡선이 도시되어 있다(도 1A, B). TPP+ 캘리브레이션을 통한 전압 신호의 대수 감소는 각 실험의 시작 부분에 표시됩니다. 이러한 로그 패턴의 부재는 TPP+ 선택적 전극에 문제점을 시사할 수 있다. 미토콘드리아는 전형적으로 호흡 완충제에 첨가 즉시 ΔΨ를 생성한다. ΔΨ는 Nernst 방정식([외부 TPP...

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Assessment of Open Probability of the Mitochondrial Permeability Transition Pore in the Setting of Coenzyme Q Excess

이 방법은 야생형 대조군에 비해 증가된 심근세포 미토콘드리아 코엔자임 Q 함량을 갖는 신생아 깨지기 쉬운 X 증후군 마우스에서 기공 개방에 대한 전압 역치를 결정하기 위해 낮은 전도도 양성자 누출에 대한 미토콘드리아 투과성 전이 기공의 기여를 이용한다.

코엔자임 Q 과량의 설정에서 미토콘드리아 투과성 전이 기공의 개방 확률의 평가

The mitochondrial permeability transition pore (mPTP) is a voltage-gated, nonselective, inner mitochondrial membrane (IMM) mega-channel important in ...

이 프로토콜은 미토콘드리아 투과성 전이 기공의 낮은 전도도 개방을 조사하는 새로운 방법을 제공한다. 이 기술의 주요 장점은 미토콘드리아 막 전위의 함수로서 기공의 개방 확률을 측정하는 쉬운 방법을 제공한다는 것이다. 이 기술은 모든 장기 시스템 및 종으로부터 분리된 미토콘드리아에 쉽게 적용될 수 있다.전극 디스크의 돔 위에 50 % 염화칼륨 전해질 용액의 방울을 배치하여 산소 전극의 교정으로 시작하십시오. 전해질 방울 위에 약간 더 큰 폴리테트라플루오로에틸렌 막으로 덮인 두 평방 센티미터의 담배 종이 스페이서의 작은 조각을 놓는다. 그런 다음 어플리케이터 도구를 사용하여 작은 전극 디스크 O 링을 전극의 돔 위로 밀어 넣습니다.다음으로, 전해질 용액으로 저장소를 잘 충전하십시오. 더 큰 O-링을 전극 디스크 주위의 오목부에 잘 놓습니다. 그런 다음 디스크를 전극 챔버에 설치하고 제어 장치에 연결하십시오.두 밀리리터의 공기 포화 탈이온수를 첨가하고, 폴리테트라플루오로에틸렌-코팅된 자석을 반응 챔버에 첨가한다. 완료되면 챔버를 제어 장치의 후면에 연결하십시오. 온도를 섭씨 37도로 설정하고 교반 속도를 100으로 설정하십시오.교정 전에 시스템 온도가 10분 동안 평형을 이루도록 하십시오. 올바른 온도, 교반 속도 및 압력을 보장한 후 교정 탭에서 액상 교정 옵션을 선택하여 액상 교정을 수행합니다. 그런 다음 OK를 누르고 신호가 고원이 될 때까지 기다립니다.고원에 도달하면 OK를 누릅니다. 그런 다음 약 20 밀리그램의 나트륨 디티오나이트를 첨가하여 챔버에 제로 산소를 만듭니다. 다시 OK를 누르고 신호가 고원이 될 때까지 기다렸다가 저장 버튼을 클릭하여 보정을 수락합니다. 테트라페닐포스포늄 또는 TPP 선택성 전극 어셈블리를 제조하기 위해, TPP 선택성 전극 팁을 주사기 및 가요성 바늘을 사용하여 10 밀리몰 TPP 용액으로 채운다.전극 팁을 채우는 동안 기포를 피하십시오. 전극 홀더 캡을 느슨하게 하여 내부 기준 전극을 TPP 팁에 삽입합니다. 완료되면, 기준 전극 및 전극 홀더를 포함하는 TPP 선택성 전극 장치를 조립한다.뚜껑을 조여서 팁을 고정시킵니다. 그런 다음 케이블을 컨트롤 박스의 보조 포트와 TPP 전극 홀더에 연결하십시오. TPP 선택 및 기준 전극을 이온 선택성 전극을 위한 적응된 플런저 어셈블리에 삽입합니다.컨트롤 박스의 기준 포트에 참조 전극을 연결합니다. 다음으로, 반응 챔버를 제조하기 위해, 기포를 생성하지 않고 반응 혼합물 한 밀리리터를 반응 챔버에 첨가한다. TPP 선택성 및 기준 전극을 제자리에 두고 적응된 플런저 어셈블리를 사용하여 챔버를 닫는다.챔버가 닫히면 플라스틱 튜브로 개질된 별도의 마이크로 주사기를 사용하여 추가 시약을 반응 챔버에 직접 도입합니다. 설정이 준비되면 이동을 선택하여 녹화를 시작합니다. 일단 안정한 전압 신호가 얻어지면, 세 마이크로몰의 최종 농도를 달성하기 위해 0.1 밀리몰 TPP 용액의 1 마이크로몰 증분을 첨가함으로써 TPP 선택적 전극을 교정한다.TPP 전압 신호의 로그 감소를 관찰할 때마다 이를 관찰한다. 산소 및 TPP 트레이스를 안정화시킨 후, 플런저 어셈블리의 시약 첨가 포트를 통해 갓 준비된 심근세포 미토콘드리아를 밀리리터당 0.1밀리그램의 최종 농도로 반응 챔버에 100 마이크로그램을 첨가한다. 미토콘드리아가 활력을 얻고 산소를 소비함에 따라 챔버의 산소 수준이 감소하는 것을 관찰하십시오.또한, 미토콘드리아가 막 전위를 생성하고 용액으로부터 TPP를 흡수함에 따라 TPP 전압 신호의 급격한 증가를 참조하십시오. 그런 다음 밀리리터 당 2.5 마이크로 그램의 올리고 마이신을 첨가하여 상태 4 호흡을 유도하십시오. 미토콘드리아 투과성 전이 기공 또는 mPTP의 개방 확률을 평가하기 위해, 누출 호흡 동안 시간에 따른 막 전위의 감소를 관찰한다.원하는 막 전위에 도달하면, mPTP 억제제로서 하나의 마이크로몰 사이클로스포린 A를 반응 챔버에 첨가하여 그 특정 막 전위에서 mPTP의 개방 확률을 평가한다. 그런 다음 사이클로스포린 A 첨가 전후의 산소 소비 및 막 전위에 대한 사이클로스포린 A의 효과를 측정한다. 동시 산소 소비 및 막 전위의 대표적인 곡선에서, 높은 막 전위는 두 마이크로몰 TPP 교정 수준에 비해 0, 중간에서 5, 그리고 10 밀리볼트에서 낮게 설정되었다.제로 밀리볼트의 미토콘드리아는 100%mPTP 폐쇄 확률을 나타내었고, 10밀리볼트에서는 100%개방 확률을 나타내었다. 올리고마이신 첨가 후, 산소 소비량의 유의한 차이는 관찰되지 않았으며, 이는 아데노신 트리포스페이트 또는 ATP 신타제가 상태 2 호흡에 최소한으로 기여한다는 것을 시사한다. 또한, 사이클로스포린 A 첨가 전후의 산소 소모율과 막 전위를 비교하였다.산소 소모율의 감소와 막 전위의 안정화의 증가는 개방 mPTP의 폐쇄를 나타냈다. mPTP가 폐쇄되었을 때, 산소 소모율의 감소는 없었고, 막 전위는 계속 떨어졌다. 결과는 FVB 대조군 및 Fmr1 녹아웃 심장 미토콘드리아에서 높고 낮은 막 전위에서 유사한 폐쇄 및 개방 mPTP 확률을 입증하였다.중간 막 전위에서, Fmr1 녹아웃 심장 미토콘드리아는 FVB 대조군에 비해 증가된 폐쇄 mPTP 확률을 입증하였다. 챔버에 기포를 도입해서는 안되며, 이는 불안정한 산소 소비 판독 값을 초래하고 해석을 어렵게 만듭니다. 이 절차에 따라 칼슘 로딩 용량을 측정 할 수 있습니다.이 방법은 기공의 높은 전도도 개방을 평가하고 우리 기술의 결과를 보완합니다.

Research

JoVE Journal

Biology

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