Mesure des altérations des taux métaboliques est central pour comprendre la progression de diverses maladies et le vieillissement. Ici, nous présentons une nouvelle technique permettant de mesurer la consommation d’oxygène tout chef qui plus étroitement ressemble à l’état physiologique et peut aider à révéler de nouveaux médicaments qui modifient l’activité mitochondriale.
Activité métabolique réglementée est essentielle pour le fonctionnement normal des cellules vivantes. En effet, activité métabolique modifiée est causalement liée à la progression du cancer, le diabète, neurodégénérescence et vieillissement pour n’en nommer que quelques-uns. Par exemple, les changements dans l’activité mitochondriale, powerhouse métabolique de la cellule, ont été caractérisés dans beaucoup de ces maladies. En général, les taux de consommation d’oxygène des mitochondries ont été considérés comme une indication fiable de l’activité mitochondriale et mesures dans certaines de ces études étaient fondées sur des mitochondries isolées ou cellules. Toutefois, ces conditions ne peuvent représenter la complexité d’un tissu entier. Récemment, nous avons développé une nouvelle méthode qui permet la mesure dynamique des taux de consommation d’oxygène de têtes volent ensemble isolé. En utilisant cette méthode, nous avons enregistré le plus faibles taux de consommation d’oxygène du segment ensemble tête chez les jeunes et âgés de mouches. Deuxièmement, nous avons découvert que les inhibiteurs de désacétylases lysine modifient rapidement la consommation d’oxygène dans toute la tête. Notre nouvelle technique peut donc aider en découvrant de nouvelles propriétés de divers médicaments, qui peuvent avoir une incidence taux métabolique. De plus, notre méthode peut donner une meilleure compréhension du comportement métabolique dans un dispositif expérimental qui ressemble plus étroitement à des États physiologiques.
Activité métabolique réglementée est essentielle pour la survie des cellules et le bon fonctionnement d’un tissu. Déréglementé activité métabolique a été largement démontrée lié à l’apparition et la progression de diverses maladies1. Par exemple, l’activité métabolique inférieure a déjà été décrite dans les maladies neurodégénératives telles qu’Alzheimer et mémoire associées à âge atteinte2,3. En outre, dysfonctionnement mitochondrial est censé être causalement impliqués dans le processus de vieillissement4,5. En revanche, mitochondries et métaboliques plus élevés ont été décrits dans le cancer cellules6, où l’utilisation d’inhibiteurs mitochondries réduit tumorigenèse7.
Une indication de l’activité métabolique est le taux de consommation d’oxygène (OCR) des mitochondries. Fait intéressant, ce type de lecture est principalement obtenu à partir des mitochondries isolées ou des cellules, donc la majorité de ce qui est décrit dans la littérature est principalement basée sur une lecture qui ne ressemble pas à l’état physiologique. Cependant, il y a plusieurs inconvénients à cette technique. Tout d’abord, le protocole d’isolement mitochondriale peut potentiellement endommager son intégrité8, qui peut être un artefact pertinent lorsqu’on compare les mitochondries isolées du jeune par rapport aux anciens tissus9. En outre, le processus d’isolement est long et peut entraîner la perte des modifications post-traductionnelles des protéines qui régulent la fonction mitochondriale9,10,11. En outre, il a été démontré que les mitochondries isolées ne représentent pas systématiquement tout tissu métabolismes12,13. Une telle complexité biologique cellulaire pourrait être considérée comme, « le tout est supérieur à la somme de ses parties », c’est-à-dire mitochondries peuvent afficher différents taux métaboliques à l’intérieur d’une cellule complexe par rapport à leur taux métabolique lorsque isolé.
Alors que les cellules peuvent offrir une meilleure lecture OCR que mitochondries isolées, cellule à cellule communication dans le contexte d’un tissus entiers peut-être être perdue. Par exemple, dans le cerveau, l’activité métabolique des neurones est fortement tributaire de l’activité métabolique des voisins des cellules gliales14. Par conséquent, établissant de nouvelles techniques pour étudier l’OCR en tissus entiers ou des organismes entiers peut s’avérer plus perspicace pour le déclenchement et la progression de diverses affections.
Nouvelles techniques ont vu le jour récemment, pour répondre à ces questions et permettre la mesure de l’OCR de segment, tissus entiers ou des organismes vivants. Par exemple, un travail récent rapporté la mesure de l’oxygène d’un muscle de vol beetle en utilisant une approche de fibre perméabilisées avec un respiromètre15. Nouvelles machines pour micro-respirométrie permettent la mesure de l’OCR des îlots pancréatiques16,17. En conséquence, il a été signalé que cette technologie permet la mesure de l’OCR de toute les vers18 et danios19. Toutefois, la présence de la barrière digestive peut poser un défi pour l’essai de diverses drogues dans le contexte des altérations de l’OCR. Fait intéressant, les rapports récents de Neville et ses collègues ont montré une nouvelle technique de mesure de cerveau de larve de drosophile unique avec la plaque bien20,21.
Dans cette étude, nous avons utilisé une configuration similaire pour permettre la mesure de l’OCR entière de vivre ensemble et non mobiles Drosophila22. Cette technique offre également un avantage secondaire dans la mesure de l’impact de diverses drogues sur l’activité métabolique dans un segment entier, sans avoir à passer par le système digestif barrière13,22. Par exemple, il a été démontré précédemment qui injection directe des inhibiteurs de désacétylases lysine (KDACi), un médicament croit altérer le mécanisme épigénétique dans le cerveau, a entraîné une amélioration souvenirs formation23. Cependant, grâce à notre nouvelle technique, nous avons découvert que l’inhibition KDAC a entraîné une augmentation rapide de l’OCR, qui peut être un facteur en soi dans l’activité neuronale. Notre protocole fournit une méthode simple et originale pour évaluer l’impact de diverses drogues, manipulation génétique ou les États physiologiques (maladie, vieillissement) sur OCR dans le contexte d’une tête entière.
Notre nouvelle technique offre une nouvelle approche pour l’étude des changements métaboliques dans le vieillissement et la maladie dans le contexte de l’ensemble mouche segments tête22. La méthode peut également être adaptée pour étudier l’impact du butyrate de sodium KDAC sur la consommation d’oxygène. Comme nous l’avons démontré, inhibiteurs de deacetlyase de lysine (HDACs/KDACs) provoquer des changements de l’OCR. Essentiellement, que les cibles de ces inhibiteurs ne sont normalement pas localisées dans les mitochondries (ces inhibiteurs n’ont aucune incidence sur la classe III déacétylases, les sirtuines)24, ces médicaments ne pourraient seulement être testés sur au moins niveau tissulaire. En effet, divers médicaments sont injectés directement dans le cerveau, contournant ainsi la possible transformation/modification/inactivation par le système digestif. À ce titre, notre technique offre un roman aperçu de comment ces médicaments directement impact le segment de la tête.
Il y a plusieurs étapes cruciales. Tout d’abord, comme indiqué dans le protocole, nous recommandons fortement prépare une assiette moins d’une heure, avec deux paires de mains, préparation de la plaque. D’après notre expérience, la qualité et la stabilité des mesures OCR sont meilleures lorsque préparés en temps opportun. Si vous prenez trop de temps, la présence de puits de votre bas de OCR augmente, ainsi que de plus courte durée d’OCR stable. Deuxièmement, il est important de procéder à un contrôle de qualité et s’assurer que les conditions expérimentales entre divers échantillons sont similaire (pH, teneur en oxygène). Enfin, une étape cruciale sera de choisir l’algorithme exact pour analyser les échantillons. Comme nous l’avons démontré, l’algorithme AKOS par défaut a donné un calcul trompeur et parfois opposé dans les échantillons qui consomme l’oxygène à des taux élevés de13. Nous insistons donc sur l’importance de vérifier les données brutes pour les teneurs en oxygène et en comparant l’OCR qui en résulte.
Actuellement, il y a plusieurs limites à cette technique. À température ambiante, la machine chauffe jusqu’à 31 ° C (c’est la température minimale de mesure lorsque la machine est à température ambiante), qui peut représenter un état de stress pour l’ mouches chefs25. Cela peut toutefois être surmonté en plaçant l’appareil dans une pièce froide, ce qui permettra aux mesures faites à 25 ° C et donc sans un stress de chaleur possible jusqu’aux têtes de mouches. Récent rapport a démontré en plaçant la machine à 11 ° C, permettant ainsi l’enregistrement OCR de mouches à 25 ° C,21. Néanmoins, la séparation de tête mouche doit être effectuée à la température ambiante. Par ailleurs, les fluctuations de température rendent difficile aux changements de pH control et c’est pourquoi il est fortement recommandé de tester l’impact des conditions physiologiques/médicaments sur OCR en utilisant des configurations expérimentales similaires. En outre, la contribution de la consommation d’oxygène par des mécanismes non-mitochondriale-indépendants n’a pas encore été établi26. À l’aide de divers inhibiteurs respiratoires qui sont efficaces dans les têtes volent, il serait possible d’établir de tels taux de consommation d’oxygène non-mitochondriale.
Il convient de noter que les diverses maladies chez les mammifères sont caractérisés par des altérations dans le métabolisme énergétique. Parmi eux sont les maladies qui sont caractérisent par soit réduction métabolique comme la maladie d’Alzheimer ou métaboliques recâblage comme le cancer. Fait intéressant, inhibiteurs de la KDAC sont utilisés pour la maladie d’Alzheimer et le cancer traitement27. Alors que les mécanismes précis par lequel KDAC inhibiteurs atteignent l’aspect thérapeutique restent floues, les données de notre technique prend en charge la notion de roman que ces inhibiteurs pourraient moduler le métabolisme.
En résumé, cette méthode est utile pour mesurer la consommation d’oxygène totale des tarifs de vivo et plus affiche avec précision les effets des médicaments sur le métabolisme général, qui peut être négligée dans les mitochondries isolées protocoles12. Par exemple, résultats obtenus par cette méthode, plutôt que les techniques précédentes, ont mis en cause nouveaux aperçus d’inflexibilité métabolique associées à l’âge par traitement de KDAC. Tandis que le travail supplémentaire est nécessaire pour optimiser les conditions expérimentales pour volent des têtes, la combinaison de notre technique et l’analyse appropriée peut conduire à autre élucidation de l’activité mitochondriale dans le contexte des tissus vivants ensemble.
The authors have nothing to disclose.
Nous remercions Andreas Ladurner, Carla Margulis et leurs équipes pour une vaste prise en charge expérimentale. Nous remercions Caitlin Ondracek pour ses commentaires sur le manuscrit. Nous tenons à remercier Sofia Vikstrom pour nous aider à établir les premières phases de cette technique. Nous remercions aussi peut Sanderhoff pour son aide technique. LB est financé par le ministère fédéral allemand de l’éducation et la recherche (01KX1012 de concession de Infrafrontier). SP a été financée par une bourse postdoctorale du Fonds AXA pour la recherche et la FNSC (numéro de licence 81870900). AVV est financé par le QBM.
Glucose | Sigma-Aldrich | G8644 | D-(+)-Glucose solution 100 g/L in H2O, sterile-filtered |
XF assay Medium | Agilent | 103575-100 | Seahorse XF DMEM Medium, pH 7.4 |
Sodium butyrate | Merck | 817500 | Dissolved in XF assay buffer |
Seahorse XF24/e24 analyzer | Agilent | ||
XF24/e24 Extracellular Assay Kit | Agilent | 100850-001 | Cartridge |
XF24/e24 Islet Capture Microplates | Agilent | 101122-100 | Plate |
Seahorse Capture Screen Insert Tool | Agilent | 101135-10 | Insertor |
Petri dish | Sarstedt | 821,472 | Petri dish 92 x 16 mm |