Misurazione dei complessi di trasferimento di elettroni mitocondriali nel tessuto cardiaco precedentemente congelato dalla prole della scrofa: un modello per valutare i cambiamenti bioenergetici mitocondriali indotti dall'esercizio

L’obiettivo di questo protocollo era quello di fornire passaggi dettagliati per ottenere una preparazione arricchita con mitocondri da tessuto cardiaco precedentemente congelato con una nuova tecnologia di interruzione meccanica a bassa energia del tessuto che migliora la lisi tissutale e l’estrazione dei mitocondri. Con questo metodo, è possibile migliorare l’efficienza di estrazione senza generare elevate sollecitazioni di taglio o alte temperature e tempi di omogeneizzazione brevi (10-12 s^{)12 s1}.

Ottenere mitocondri da tessuti congelati archiviati è una risorsa preziosa per eseguire studi sia ^funzionali2 che ^biochimici3 altrimenti non facilmente ripetibili nelle esatte condizioni sperimentali. Un classico omogeneizzatore di vetro per pestelli Potter-Elvehjem Teflon o omogeneizzatore Dounce è stato utilizzato ed è ancora utilizzato nei laboratori di ricerca per omogeneizzare i tessuti molli come fegato, reni e cervello. Tuttavia, l’omogeneizzazione dei tessuti duri come muscoli e cuore richiede più tempo di omogeneizzazione, trattamento enzimatico, omogeneizzazione ad alta velocità e ampia esperienza utente. Questo è svantaggioso per l’estrazione di organelli intatti come i mitocondri da tessuti duri come muscoli e cuore. Il metodo descritto in questo protocollo viene utilizzato per ottenere una preparazione arricchita con mitocondri ad alto rendimento per analizzare i complessi proteici della catena di trasporto degli elettroni mitocondriali (ETC) e la loro formazione di supercomplessi nei tessuti cardiaci raccolti dalla prole nati da scrofe esercitate e sedentarie, congelati in azoto liquido e conservati a -80 ° C per un uso futuro. Questo metodo consente all’utente di isolare la preparazione arricchita con mitocondri da tessuti archiviati precedentemente congelati.

L’esposizione di nanomateriali esterni a roditori gravidi può influenzare negativamente la funzione cardiaca e la respirazione mitocondriale e la bioenergetica sulla progenie durante la ^gestazione4. Tuttavia, i cambiamenti positivi indotti dall’esercizio aerobico nella bioenergetica dei miociti fetali durante la gravidanza devono ancora essere documentati. Tuttavia, studi emergenti forniscono la prova che l’esercizio aerobico materno durante la gravidanza ha un’influenza positiva sulla funzione cardiaca ^fetale5. Al fine di fornire ulteriori prove, è stata eseguita un’analisi degli effetti longitudinali dell’esercizio materno sui complessi della catena respiratoria mitocondriale cardiaca della prole (cioè dal complesso I al complesso V) durante la gravidanza.

Questo studio ha una significativa rilevanza per la salute poiché i risultati possono suggerire che l’esercizio materno migliora l’efficienza della produzione di energia nei mitocondri cardiaci della prole. In questo studio, le scrofe (suine femmine) sono state utilizzate come modello animale per due motivi: (i) la fisiologia cardiaca è simile a quella ^umana6 e (ii) la raccolta di tessuto cardiaco dalla prole da diversi punti temporali è fattibile sotto un’approvazione istituzionale IACUC. Lo studio proposto mira a rispondere a molte delle domande fondamentali che collegano l’esercizio materno e i suoi potenziali effetti positivi sulla composizione cellulare e biochimica del tessuto cardiaco della prole. Questo approccio richiede tecniche di isolamento dei mitocondri delicati ma efficaci da tessuto cardiaco precedentemente congelato ottenuto da lunghi e costosi studi longitudinali che hanno affrontato i problemi dei cambiamenti bioenergetici all’interno dei miociti cardiaci fetali durante la gravidanza. Il metodo descritto in questo studio consente di utilizzare grandi somme di tessuto archiviato precedentemente congelato per la preparazione arricchita di mitocondri sia per studi analitici che funzionali. Lo studio contribuirà anche a colmare il divario di conoscenze in questo campo fornendo dati preliminari, che potrebbero portare a studi futuri che determinano gli effetti dell’esercizio materno sulla salute del cuore in utero e oltre.