Preparação de mitocondriais frações enriquecidas para Análise metabólica em<em> Drosophila</em
Summary
Mitochondria play central roles in the regulation of metabolism and homeostasis. Subtle changes in mitochondrial metabolism that affect organismal physiology could be difficult to detect in whole organism metabolomics studies. Here we describe an isolation method that enhances the detection of subtle metabolic shifts in Drosophila melanogaster.
Abstract
Since mitochondria play roles in amino acid metabolism, carbohydrate metabolism and fatty acid oxidation, defects in mitochondrial function often compromise the lives of those who suffer from these complex diseases. Detecting mitochondrial metabolic changes is vital to the understanding of mitochondrial disorders and mitochondrial responses to pharmacological agents. Although mitochondrial metabolism is at the core of metabolic regulation, the detection of subtle changes in mitochondrial metabolism may be hindered by the overrepresentation of other cytosolic metabolites obtained using whole organism or whole tissue extractions.
Here we describe an isolation method that detected pronounced mitochondrial metabolic changes in Drosophila that were distinct between whole-fly and mitochondrial enriched preparations. To illustrate the sensitivity of this method, we used a set of Drosophila harboring genetically diverse mitochondrial DNAs (mtDNA) and exposed them to the drug rapamycin. Using this method we showed that rapamycin modifies mitochondrial metabolism in a mitochondrial-genotype-dependent manner. However, these changes are much more distinct in metabolomics studies when metabolites were extracted from mitochondrial enriched fractions. In contrast, whole tissue extracts only detected metabolic changes mediated by the drug rapamycin independently of mtDNAs.
Introduction
O objetivo deste procedimento é desenvolver frações mitocondriais enriquecidos que produzem metabólitos mitocondriais suficientes para metabolômica estudos utilizando Drosophila melanogaster. Em nossa experiência, metabolômica análise usando métodos de extração celular inteiras são incapazes de detectar mudanças sutis metabólitos mitocondriais em Drosophila. No entanto, fracionamento mitocondrial antes da análise metabolômicas aumenta a sensibilidade para identificar mudanças de metabolitos mitocondriais.
As mitocôndrias são organelas celulares responsáveis pelo fornecimento de 90% da energia que as células precisam para a função normal 1. Nos últimos anos, tem sido reconhecido que as mitocôndrias desempenhar um papel muito mais dinâmico na função celular e do organismo do que simplesmente produzir trifosfato de adenosina (ATP), e são agora reconhecidos como hubs para a regulação da homeostase metabólica 2,3. As mitocôndrias são o resultado de um processo em que endosymbiotic dislinhagens microbianas tinct fundiu ~ 1,5 bilhões de anos atrás 4. Como as mitocôndrias evoluíram para verdadeiras organelas, genes da endosymbiont foram incorporados no genoma nuclear emergente. Em animais, hoje, cerca de 1.500 proteínas mitocondriais são codificados nuclear enquanto 37 genes permanecem na mtDNA, 13 dos quais codificam proteínas mitocondriais que são subunidades dos complexos de enzimas de fosforilação oxidativa 5. A coordenação entre as mitocôndrias e compartimentos nucleares é necessária para manter a função mitocondrial adequada.
Usando os métodos descritos aqui, fomos capazes de detectar alterações metabólicas mitocondriais em Drosophila que resultam da manipulação da coordenação entre os genomas mitocondriais e nucleares. Nós usamos uma linhagem de Drosophila em que mtDNA de suas espécies irmãs D. simulans foi colocada sobre um único D. melanogaster fundo nuclear 6. Este mitonuclear 'interrompido'genótipo foi comparado com o genótipo mitonuclear "nativo", ou co-evoluiu de D. melanogaster transportando a mesma com o seu genoma nuclear nativa D. melanogaster mtDNA. O D. melanogaster e D. simulans mtDNAs diferem por ~ 100 aminoácidos e> 500 substituições sinônimas que afetam mitonuclear 7,8 comunicação. Geramos extratos mosca integrais e extratos enriquecidos mitocondriais para estudar mudanças de metabolitos em resposta ao estresse farmacológico. Aqui nós mostramos que, ao usar frações mitocondriais enriquecido detectamos mudanças acentuadas em metabólitos mitocondriais entre o genótipo nativa, co-evoluído levando a D. mtDNAs melanogaster e as genótipo rompidas transportando D. simulans mtDNA. Em contraste, as modificações do metabolito entre estes dois genótipos são subtis usando métodos normais que utilizam extracto mosca todo. Por conseguinte, este método forneceu um caminho para entender como mtDNAs mediar alterações mitocondriais emresposta a diferentes drogas.
Protocol
Representative Results
Discussion
Os passos mais críticos neste protocolo são: 1) criação de moscas suficientes no espaço abundante. É muito importante para as gaiolas não overpopulate demografia com mais de 150 moscas cada; 2) mudando a comida das gaiolas com freqüência para evitar a concorrência alimentar e estresse nutricional; e 3) a manutenção de todas as amostras a 4 ° C para assegurar a integridade durante o isolamento da fracção mitocondrial. Também é recomendado para relaxar o tampão de isolamento, o tampão de lavagem, e o ho…
Disclosures
The authors have nothing to disclose.
Acknowledgements
This work was supported by Adelphi University faculty development grant and grant R15GM113156 from NIGMS awarded to EVC, grant R01GM067862 from NIGMS and grant R01AG027849 from NIA awarded to DMR.
Materials
| 0.2% tegosept -methyl 4-hydroxybenzoate | VWR | AAA14289 | |
| Ethanol | Sigma-Aldrich | 792799 | |
| Mannitol | Sigma-Aldrich | M4125 | |
| Sucrose | Sigma-Aldrich | S9378 | |
| 3-(N-morpholino) propanesulfonic acid (MOPS) | Sigma-Aldrich | M1254 | |
| Ethylenediaminetetraacetic acid (EDTA) | Sigma-Aldrich | 38057 | |
| Bovine serum albumin (BSA) | Sigma-Aldrich | 5470 | |
| KCL | Sigma-Aldrich | P9333 | |
| Tris HCL | Sigma-Aldrich | RES3098T-B7 | |
| KH2PO4 | Sigma-Aldrich | 1551139 | |
| CO2 pads to anesthetize flies | Tritech Research | MINJ-DROS-FP | |
| 1 liter cage | Web Restaurant Store | 999RD32 | |
| 1 liter cage lid | Web Restaurant Store | 999LRD | |
| a glass-teflon dounce homogenizer | Fisher Scientific | NC9661231 | |
| Sodium hydroxide | Sigma-Aldrich | S8045 | |
| rapamycin | LC Laboratories | R-5000 | |
| anti-porin | MitoSciences | MSA03 | |
| anti-alpha tubulin | Developmental Studies Hybridoma Bank | 12G10 | |
| Pierce™ BCA Protein Assay Kit | Thermo Scientific | 23225 | |
| CO2 pad | Tritech Research, Inc | MINJ-DROS-FP | |
| filter flask | enasco | SB08184M | |
| rubber stopper | enasco | S08512M |
References
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